一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，包括獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟，其特征在于，還包括將負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料采用葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中的孔隙實(shí)現(xiàn)修飾處理的步驟。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠極大地提高材料中活性組分穩(wěn)定性，并提高反應(yīng)傳質(zhì)效果，且具有操作簡(jiǎn)單，利于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及印染廢水處理領(lǐng)域，特別的涉及一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法。
技術(shù)介紹
印染廢水是加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品為主的印染廠排出的廢水。紡織印染廢水中含有染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、砂類(lèi)物質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)，具有水量大、有機(jī)污染物含量高、堿性大、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水之一。隨著染料與印染工業(yè)的發(fā)展，印染廢水已成為當(dāng)前最主要的水體污染源之一。對(duì)印染工業(yè)廢水的處理一直是國(guó)內(nèi)外廢水處理領(lǐng)域的一大難題。目前研究處理的主要方法有：Fenton試劑催化氧化法，臭氧氧化法，光催化氧化法等。Fenton試劑催化氧化法因其具有高效、廣譜性等特點(diǎn)，適合于處理高濃度、難降解的有機(jī)廢水，成為環(huán)境水處理的重要工藝方法之一。目前，大量對(duì)印染工業(yè)廢水的處理研究是在普通均相Fenton催化氧化法的基礎(chǔ)上，針對(duì)均相Fenton催化氧化法存在的問(wèn)題展開(kāi)。通過(guò)活性組分固載化及與其它特殊場(chǎng)（如光、電、超聲等）相結(jié)合，逐漸發(fā)展成一系列特殊的有機(jī)物處理方法-——類(lèi)Fenton法，如非均相類(lèi)Fenton法、光Fenton法、電Fenton法等方法。文獻(xiàn)檢索表明，國(guó)內(nèi)已有較多非均相Fenton催化劑的制備及用于染料廢水處理的研究報(bào)道。這些現(xiàn)有技術(shù)，雖然在解決催化劑活性組分流失及氧化劑大量消耗問(wèn)題上做了大量工作并取得了一定的成果，但是其中很多催化氧化反應(yīng)受溶液pH值影響很大，在反應(yīng)過(guò)程中仍需通過(guò)加酸調(diào)節(jié)pH值才能使反應(yīng)體系具有較大的有機(jī)物降解率。因此液體酸消耗量大，設(shè)備腐蝕，H2O2利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題依然沒(méi)能很好解決。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在采用傳統(tǒng)均相Fenton體系催化劑試劑導(dǎo)致活性組分易流失，液體酸消耗量大，環(huán)境污染的問(wèn)題。故如何設(shè)計(jì)一種新的催化劑解決此問(wèn)題，成為領(lǐng)域人員研究方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何提供一種能夠極大地提高材料中活性組分穩(wěn)定性，并提高反應(yīng)傳質(zhì)效果，且操作簡(jiǎn)單，利于實(shí)施的用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)采用了如下的技術(shù)方案：一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，包括獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟，其特征在于，還包括將負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料采用葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中的孔隙實(shí)現(xiàn)修飾處理的步驟。申請(qǐng)人，分析了現(xiàn)有技術(shù)中活性組分易流失的原因，發(fā)現(xiàn)是現(xiàn)有的類(lèi)Fenton碳材料，一般是直接采用活性成分和碳材料混合攪拌實(shí)現(xiàn)負(fù)載。這種普通活性組分負(fù)載方式，活性組分穩(wěn)定性差。雖然碳材料表面積大，活性組分負(fù)載量大，催化效果明顯，但是材料表面積越大，孔道越小，反應(yīng)過(guò)程的傳質(zhì)效果越差，不利于反應(yīng)進(jìn)行。如果增大材料孔道，反應(yīng)過(guò)程的傳質(zhì)效果會(huì)越好，但活性組分負(fù)載穩(wěn)定性又會(huì)變差。所以，申請(qǐng)人針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，創(chuàng)造性地采用了葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中的孔隙特別是大孔孔道進(jìn)行化學(xué)修飾處理的方式。這樣使活性組分能夠更好地負(fù)載在碳材料的大孔孔道結(jié)構(gòu)中，減少活性組分流失，提高其使用效率。葡萄糖實(shí)現(xiàn)化學(xué)修飾處理主要是葡萄糖溶液中葡萄糖吸附于碳材料孔道表面，再通過(guò)高溫處理使孔道表面葡萄糖炭化收縮，最終使原碳材料大孔孔道適當(dāng)變小。作為優(yōu)化，所述獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟中，包括先將粉狀生物質(zhì)體采用高溫預(yù)碳化，再負(fù)載活性組分，再進(jìn)行過(guò)硫酸銨酸化和葡萄糖化學(xué)修飾處理的步驟。這樣，先預(yù)碳化后，再負(fù)載活性組分進(jìn)行酸化處理后，不僅僅可以更好地提高活性組分和生物質(zhì)碳的結(jié)合程度，提高對(duì)活性組分的負(fù)載效果；而且也利于提高后續(xù)的葡萄糖化學(xué)修飾處理效果，使得活性組分負(fù)載效果得到最大程度的提高。本方法，具體包括以下步驟：①將呈粉狀的生物質(zhì)，在惰性氣體保護(hù)下，在400~750℃下預(yù)碳化3-5小時(shí)（惰性氣體優(yōu)選氮?dú)猓蓟^(guò)程優(yōu)選為600℃下碳化4小時(shí)，能夠保證預(yù)碳化效果）；這樣，能夠避免生物質(zhì)和氧氣反應(yīng)，并保證預(yù)碳化效果。②將預(yù)碳化后的生物質(zhì)冷卻后，先用氫氧化鈉溶液浸泡，過(guò)濾洗滌后，再用無(wú)水乙醇洗凈后干燥；這樣可以去除生物質(zhì)碳表面雜質(zhì)，更加利于后續(xù)活性組分的加載。③將干燥后的生物質(zhì)碳加入到活性組分的溶液中，并實(shí)現(xiàn)活性成分的負(fù)載；④將負(fù)載好活性成分的生物質(zhì)碳進(jìn)行干燥；⑤將干燥后的生物質(zhì)碳用蒸餾水洗去表面少量活性成分殘余后，放入過(guò)硫酸銨溶液進(jìn)行酸化處理，然后采用蒸餾水洗去表面過(guò)硫酸銨后干燥；本步驟⑤中優(yōu)選采1mol/L的過(guò)硫酸銨溶液。⑥再將干燥后的碳材料與葡萄糖按質(zhì)量比3~12:1混合，加入適量水?dāng)嚢杈鶆颍缓筮M(jìn)行干燥；本步驟中，適量水是指水量能夠?qū)⑵咸烟浅浞秩芙庥植恢劣谶^(guò)多以延長(zhǎng)干燥時(shí)間。⑦再在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)300-650℃焙燒4-6小時(shí)，待其冷卻后得到類(lèi)Fenton碳材料。作為優(yōu)化步驟①中優(yōu)選采用花粉、淀粉或環(huán)糊精作為生物質(zhì)原料，這樣具有價(jià)格便宜，制得的生物質(zhì)粉顆粒度小，利于活性組分的負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。作為優(yōu)化步驟③中選用Fe(NO3)3或硫酸鐵、氯化鐵溶液作為活性成分，并按照活性成分占生物質(zhì)碳質(zhì)量含量5-18%（最優(yōu)為12%）進(jìn)行配置。這樣，更加利于提高有效成分負(fù)載效果。進(jìn)一步地可以再加入3%的銅離子或鎳離子作為活性成分，以更好地提高碳材料活性。作為優(yōu)化，步驟③中采用超聲波振蕩30分鐘左右實(shí)現(xiàn)活性成分的負(fù)載。這樣，相比攪拌的負(fù)載方式，負(fù)載效果更好，范圍更加均勻，活性成分結(jié)合程度更加可靠。作為優(yōu)化，步驟④中，采用在恒溫水浴鍋內(nèi)，80℃恒溫?cái)嚢枵舾傻姆绞綄?shí)現(xiàn)干燥。這樣，該干燥方式較為溫和，能夠避免對(duì)負(fù)載的活性成分的破壞，而且能夠進(jìn)一步提高活性成分和生物質(zhì)碳的結(jié)合強(qiáng)度。作為優(yōu)化，步驟⑤蒸餾水洗滌后，將碳材料置于氨氣中氨浴12小時(shí)后再進(jìn)行干燥。這樣，靠氨浴實(shí)現(xiàn)活性組分固化，極大地提高后續(xù)過(guò)硫酸銨酸化處理和葡萄糖化學(xué)修飾處理的效果。作為優(yōu)化，步驟⑥中，干燥優(yōu)選采用80℃恒溫?cái)嚢枵舾傻姆绞綄?shí)現(xiàn)干燥。這樣，該干燥方式較為溫和，能夠避免對(duì)負(fù)載的活性成分的破壞，并提高葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中孔隙的化學(xué)修飾效果。作為優(yōu)化，步驟⑦中，采用在400℃焙燒5小時(shí)得到類(lèi)Fenton碳材料。能夠保證最好的效果。綜上所述，本專(zhuān)利技術(shù)能夠極大地提高材料中活性組分穩(wěn)定性，并提高反應(yīng)傳質(zhì)效果，且具有操作簡(jiǎn)單，利于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1為測(cè)試雙氧水用量在本方法制得材料使用時(shí)對(duì)降解的影響的曲線圖。圖2為測(cè)試本方法中，鐵負(fù)載量不同時(shí)對(duì)制得碳材料降解反應(yīng)效果影響的曲線圖。圖3為測(cè)試本方法中，焙燒溫度不同時(shí)對(duì)制得碳材料降解反應(yīng)效果影響的曲線圖。圖4為測(cè)試本方法中，活性組分中添加銅離子后對(duì)制得碳材料降解反應(yīng)效果影響的曲線圖。圖5為測(cè)試本方法中，活性組分中添加鎳離子后對(duì)制得碳材料降解反應(yīng)效果影響的曲線圖。圖6為測(cè)試本方法制得的碳材料穩(wěn)定性的結(jié)果示意圖。圖7為測(cè)試本方法制得的碳材料對(duì)其他有機(jī)染料的降解效果示意圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，包括獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟，其特征在于，還包括將負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料采用葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中的孔隙實(shí)現(xiàn)修飾處理的步驟。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，包括獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟，其特征在于，還包括將負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料采用葡萄糖對(duì)生物質(zhì)碳中的孔隙實(shí)現(xiàn)修飾處理的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，其特征在于，所述獲取負(fù)載了活性組分的生物質(zhì)碳材料的步驟中，包括先將粉狀生物質(zhì)體采用高溫預(yù)碳化，再負(fù)載活性組分，再進(jìn)行過(guò)硫酸銨酸化和葡萄糖化學(xué)修飾處理的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的用于染料降解的類(lèi)Fenton碳材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
①將呈粉狀的生物質(zhì)，在惰性氣體保護(hù)下，在400~750℃下預(yù)碳化3-5小時(shí)；
②將預(yù)碳化后的生物質(zhì)冷卻后，先用氫氧化鈉溶液浸泡，過(guò)濾洗滌后，再用無(wú)水乙醇洗凈后干燥；
③將干燥后的生物質(zhì)碳加入到活性組分的溶液中，并實(shí)現(xiàn)活性成分的負(fù)載；
④將負(fù)載好活性成分的生物質(zhì)碳進(jìn)行干燥；
⑤將干燥后的生物質(zhì)碳用蒸餾水洗去表面少量活性成分殘余后，放入過(guò)硫酸銨溶液進(jìn)行酸化處理后再次干燥；
⑥將干燥后的碳材料與葡萄糖按質(zhì)量比3~12:1混合，加入適量水?dāng)嚢杈鶆颍缓筮M(jìn)行干燥；
⑦再在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)300-650℃焙燒4-6小時(shí)，待其冷卻后得到類(lèi)F...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃國(guó)文，高煥方，王耀瓊，譚懷琴，許桂英，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：重慶理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：重慶;85