一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化铜改性的碳纤维制备方法与应用。负载型碳纤维的制备方法包括：(1)将铜盐溶于去离子水，得到铜盐溶液；(2)利用吸附法或沉积法将铜盐负载到碳纤维上；(3)将其取出沥干表面残余溶液，放入烘箱中烘干；(4)将烘干后负载铜盐碳纤维放入马弗炉中煅烧，之后再放入烘箱中烘干后即可制得。本发明专利技术制作简单，对反应要求较低，可在pH＝3‑10条件下活化氧化剂产生活性氧化种高效降解印染废水，可重复多次使用，克服了传统Fenton技术pH适应范围窄，易产生铁淤泥等不足，且去除效果更为显著，对环境危害小，催化剂用量少，操作简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于印染废水处理领域，尤其是涉及一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法及应用。
技术介绍
据《全国环境统计公报》统计显示，我国纺织废水排放量达二十多亿吨，其中印染废水约占80％，其不仅使自然水体着色，影响美观，并且大部分染料废水无法自然降解，严重威胁人们的身心健康。因此，如何高效地处理印染废水是当前一个急需解决的重要问题。Fenton法作为一种高级氧化技术，是目前处理印染废水有效也是应用最为广泛的方法，其反应试剂由亚铁离子和双氧水(H2O2)组成，该反应会产生氧化性极强的羟基自由基(·OH)(氧化电位2.8V，仅次于氟的氧化电位2.87V)，能降解大部分有机污染物至低毒、易降解的小分子，甚至矿化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。即便如此，Fenton法依然存在着一些无法避免的缺陷，限制了它的进一步应用，比如(1)该反应的pH适应范围过于狭窄，只能在pH值为2-3.5的强酸性条件下才能发挥作用，pH升高后基本没有降解效果，因此弱酸性、中性及碱性废水无法用Fenton法进行处理；(2)反应中的亚铁离子和铁离子随着反应的进行容易形成难以处理的铁淤泥，造成二次污染。针对Fenton法存在的问题，研究者以拓宽溶液反应pH范围，减少二次污染为目的进行了大量的研究，研究者采用其他氧化剂或催化剂代替双氧水或亚铁离子构成类Fenton体系，取得了一定成效。公知技术中，中国专利CN102218319“一种负载型FeOOH催化剂的制备方法及其电类芬顿废水处理体系”公开了一种负载型非均相电芬顿催化剂FeOOH的制备方法及其催化效果，结果发现，在外加电场条件下，负载型FeOOH催化剂与双氧水构成异相电类芬顿氧化体系，1h内200mg/L的苋菜红偶氮染料的去除率高达100％。中国专利CN102989461A“磁性铁酸镍光催化材料的制备方法及应用”公开了一种非均相光催化材料制备方法，该催化剂具有优越的光催化活性，在300W紫外可见光源照射下，3小时后对氨氮污染物降解率达到92％以上。中国专利CN103908966A“一种多相类芬顿催化剂及其制备方法和应用”公开了一种多相类芬顿催化剂制备方法，该催化剂具有良好的催化活性，能有效的降低废水的COD值和降解苯酚。尽管上述催化体系能高效降解印染废水，但是均存在催化剂制备繁琐，且能耗较大的问题，不适合处理实际废水。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种处理废水效果好，对环境危害小，催化剂用量少，使用成本低的基于氧化铜改性碳纤维的制备方法及其应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：1)将铜盐溶解成摩尔浓度为0.04-0.4mol/L的铜盐溶液，调节其pH为3-6；2)将步骤1)中得到的铜盐溶液与碳纤维混合，混合液的浓度为1-30g/L，静置1-24小时后沥干残余溶液，在50-90℃下烘干后在100-800℃下煅烧得到基于氧化铜改性的碳纤维。利用吸附法将铜盐负载到碳纤维上。进一步的，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或两种或多种的组合。进一步的，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维或气相生长碳纤维。本专利技术还公开了一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：1)将铜盐溶解成摩尔浓度为0.04-0.4mol/L的铜盐溶液，调节其pH为3-6；2)取碳纤维与浓硝酸混合，混合液的浓度为10-50g/L，在80-100℃下反应1-4小时后，洗涤后在50-90℃下烘干；3)分别取步骤1)中得到的铜盐溶液和步骤2)中得到的经浓硝酸处理的碳纤维混合，得到浓度为1-20g/L的混合液，混合液在40-60℃下反应12-24小时，沥干残余溶液后将其置于50-90℃下12-24小时，待其烘干后于100-800℃下煅烧1-8小时，再将其置于50-90℃环境下12-24小时，得到基于氧化铜改性的碳纤维。利用沉积法将铜盐负载到碳纤维上，有利于固定氧化铜，可以大幅降低铜离子的溢出，从而提高催化剂的催化活性，加速污染物的降解。进一步的，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或两种或多种的组合。进一步的，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维或气相生长碳纤维。本专利技术又公开了一种基于氧化铜改性碳纤维的应用，具体为：将其用于染料有机污染物的降解。进一步的，包括以下步骤：在浓度为0.01-0.5g/L，pH值为3-10的染料废水中加入0.5-50g/L的基于氧化铜改性的碳纤维和0.01-100mmol/L的氧化剂，在20-90℃的水浴中搅拌反应5-60min。染料有机废水可以是含有活性染料、酸性染料或中性染料的废水。进一步的，所述氧化剂为双氧水、过硫酸盐或过一硫酸氢盐中的一种或两种或多种的组合。优选过一硫酸氢盐。进一步的，所述基于氧化铜改性碳纤维用量为1-40g/L；所述氧化剂的浓度为0.1-50mmol/L。保证催化剂能高效降解印染废水；保证氧化剂浓度在此范围内，能高效降解印染废水。本专利技术制作简单，对反应要求较低，可在pH＝3-10条件下活化氧化剂产生活性氧化种(硫酸根自由基SO4·-，羟基自由基·OH和单线态氧1O2)高效降解印染废水，可重复多次使用，克服了传统Fenton技术pH适应范围窄，易产生铁淤泥等不足，且去除效果更为显著，对环境危害小，催化剂用量少，操作简单，成本低，具有较大的实施价值和社会经济效益。本专利技术不仅克服了传统Fenton技术中存在氧化剂利用率低，pH适应范围窄等缺点，且能高效处理有机印染废水。相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)高效活化PMS降解印染废水；(2)pH适应范围广，且能重复利用；(3)催化剂制备简单，反应条件温和，不需要外加能量的输入，操作简单，成本低。附图说明图1为本专利技术基于氧化铜改性碳纤维活化PMS降解染料酸性红(AR1)的效果图。图2为基于氧化铜改性碳纤维活化PMS降解不同染料的效果图。具体实施方式为了使本
的人员更好的理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。实施例一取硝酸铜4.4g溶于400mL蒸馏水，搅拌至完全溶解，并控制pH范围在3左右，即得到硝酸铜水溶液。接着将2g剪碎至长度约为3mm的沥青基碳纤维加入到硝酸铜水溶液中，混合液在50℃下静置反应24小时，取出碳纤维沥干残余溶液，置于60℃烘箱12小时，烘干后置于马弗炉中400℃下煅烧4h，即得到具有高效处理有机印染废水特性的基于氧化铜改性的碳纤维。反应在40ml的反应容器中进行，取20ml印染废水，将0.04g改性碳纤维和0.5mM过一硫酸氢盐(PMS)先后投入到pH＝10，浓度为50μM的酸性红(AR1)中，50℃下反应10min后，染料AR1去除率达到99％以上，效果图如图1所示。实施例二取硝酸铜4.4g溶于400mL蒸馏水，搅拌至完全溶解，并控制pH范围在4左右，即得到硝酸铜水溶液。接着将2g剪碎本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将铜盐溶解成摩尔浓度为0.04‑0.4mol/L的铜盐溶液，调节其pH为3‑6；2)将步骤1)中得到的铜盐溶液与碳纤维混合，混合液的浓度为1‑30g/L，静置1‑24小时后沥干残余溶液，在50‑90℃下烘干后在100‑800℃下煅烧得到基于氧化铜改性的碳纤维。

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将铜盐溶解成摩尔浓度为0.04-0.4mol/L的铜盐溶液，调节其pH为3-6；2)将步骤1)中得到的铜盐溶液与碳纤维混合，混合液的浓度为1-30g/L，静置1-24小时后沥干残余溶液，在50-90℃下烘干后在100-800℃下煅烧得到基于氧化铜改性的碳纤维。2.根据权利要求1所述的基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或两种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维或气相生长碳纤维。4.一种基于氧化铜改性碳纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将铜盐溶解成摩尔浓度为0.04-0.4mol/L的铜盐溶液，调节其pH为3-6；2)取碳纤维与浓硝酸混合，混合液的浓度为10-50g/L，在80-100℃下反应1-4小时后，洗涤后在50-90℃下烘干；3)分别取步骤1)中得到的铜盐溶液和步骤2)中得到的经浓硝酸处理的碳纤维混合，得到浓度为1-20g/L的混合液，混合液在40-60℃下反应12-24小时，沥干残...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉元，杨志远，戴得军，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33