一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法技术

本发明专利技术涉及一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法。方法如下：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂，150-750W下，微波照射1-7min。本发明专利技术的方法降解效率高，降解速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化降解领域，具体地涉及一种采用微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法。
技术介绍
随着现代化工业的发展，大量偶氮染料废水排放到水体中，对水环境造成严重的污染。偶氮染料是一种芳香族化合物。在生产和使用过程中，其废水不可避免地排入到环境中。对生态系统和人类健康带来严重的危害。偶氮染料废水颜色深，毒性大，水质成分复杂，不易被生物降解，是典型难降解的有机污染物。因此，急需探索能使水中偶氮染料快速、有效降解的新方法。现有的降解方法主要是物理法，化学法和生物法。然而这些方法并不能从根本上彻底降解污染物，常常会带来二次污染，而且成本较高，适用范围有限。光催化是较受欢迎的化学法，但它需要较长时间，并且降解不完全，特别是在有机污染物降解过程中可能生成三致(致癌、致突变和致畸形)的中间产物。近年来，微波技术已被应用到环境污染物处理中，然而微波催化剂的选择对于提高有机污染物的微波降解效率和加快降解速率是极其重要的。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供一种降解效率高，降解速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染的利用多壁碳纳米管作为催化剂结合微波降解有机污染物的方法。本专利技术是通过如下的技术方案实现的：一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，方法如下：1)多壁碳纳米管的预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；2)微波降解：于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂，150-750W下，微波照射1-7min。上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，所述的碳纳米管的粒径是10～20nm、20～40nm或40～60nm。优选的，所述的碳纳米管的粒径是10～20nm。上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，含有有机污染物的溶液中，有机污染物的初始浓度为5.0-45.0mg/L，调节pH为2-8。优选的，有机污染物的初始浓度为5.0-15.0mg/L，调节pH为6.0。上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，所述的有机污染物是甲基橙、亚甲基蓝、甲基对硫磷、十二烷基苯磺酸钠和双酚A。上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，微波降解中，多壁碳纳米管催化剂的用量为0.4-2.4g/L，优选的，多壁碳纳米管催化剂的用量为0.8-1.2g/L。本专利技术的有益效果是：本专利技术独特的选用碳纳米管(CNTs)作为吸附材料，由于其独特的一维中空管状纳米结构，使得对微波有很强的吸收能力。当微波照射时，碳纳米管表面会产生许多“热点”，这些“热点”的温度比其它部位高很多，在“热点”周围的有机污染物在致热和非致热效应的共同作用下燃烧分解，释放出二氧化碳和水等。本专利技术通过优化降解条件，通过最佳的条件，使得有机污染物被快速降解，对有机污染物的降解率达到100％。本专利技术作为一种处理偶氮染料废水的新方法，具有降解效率高、降解速度快、成本低和无二次污染等优点。附图说明图1是甲基橙(MO)溶液在不同条件下的UV-vis光谱。具体实施方式实施例1碳纳米管对降解率的影响(一)方法多壁碳纳米管的预处理：分别取不同粒径的碳纳米管2.0g放在烧杯中，加入少量的硝酸煮沸30min。待冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液，过滤，反复操作至中性，过滤。所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥6h。冷却，研磨，过100目筛，分别得到除去了杂质的多壁碳纳米管(CNTs)催化剂，备用。三种不同粒径分别为10～20nm、20～40nm和40～60nm碳纳米管。微波(MW)降解：量取25.0mL 25.0mg/L的甲基橙(MO)溶液放于反应器中，调节溶液的pH＝6.0，分别加入上述不同粒径的多壁碳纳米管催化剂0.03g，放入微波反应器，于450W，微波照射3.0min，冷却至室温，过滤。同时做对比试验。(二)结果滤液在200-800nm测定测其紫外-可见(UV-vis)吸收光谱。取466nm和270nm处的吸光度计算MO的降解率。结果如图1和表1。降解率(％)＝(C0–C)/C0×100％其中，C0：原液的浓度；C：样品的浓度。表1.甲基橙溶液在不同条件下的吸光度(466nm(A)and 270nm(B))的变化.(25mg/L MO,450W,3.0min MW,1.2g/L CNTs和pH＝6.0)如图1和表1可见，单独微波照射时，只有极少量的甲基橙被降解。当分别采用10-20nm，20-40nm和40-60nm三种不同直径CNTs作为催化剂，结合微波照射时，466nm和270nm处的吸收峰都明显下降。结果表明，在微波结合CNTs作用下，甲基橙中不但偶氮键被破坏，而且苯环部分也被破坏。当微波照射3.0min时降解率可达89.2％，说明水中甲基橙已大部分被降解。比较而言，微波结合10-20nm CNTs时甲基橙溶液的降解率最高，说明三种不同粒径的催化剂中10-20nm CNTs的催化活性是最好的。因此，本专利技术优选粒径为10-20nm的碳纳米管。实施例2 微波照射时间对降解率的影响方法同实施例1，只是改变微波照射时间。取466nm处的吸光度计算甲基橙的降解率，结果见表2。表2 微波照射时间对MO降解率的影响(25mg/L MO,450W,1.2g/L CNTs和pH＝6.0)由表2可见，在微波结合三种不同粒径CNTs作用下，甲基橙的降解率均随着微波照射时间的增加而增加。当微波照射7.0min时，10-20nm CNTs/MW体系中的甲基橙溶液已完全降解，而20-40nm CNTs/MW体系和40-60nm CNTs/MW体系仅为85.8％和72.9％。比较而言，10-20nm CNTs/MW体系的降解效果是最好的。为了节约能源和降低成本，本专利技术优选微波照射时间为3.0min。实施例3 催化剂用量对降解率的影响方法同实施例1，只改变催化剂的用量。取466nm处的吸光度计算甲基橙的降解率，结果见表3。表3 催化剂用量对甲基橙降解率的影响(25mg/L MO,450W,3.0min MW和pH＝6.0)由表3可见，催化剂加入量对甲基橙降解率有明显的影响。随着催化剂加入量的增多，降解率升高。比较三个CNTs/MW体系结果可知，10-20nmCNTs的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法如下：1)多壁碳纳米管的预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20‑40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5‑7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；2)微波降解：于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂，150‑750W下，微波照射1‑7min。

【技术特征摘要】
1.一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法如下：
1)多壁碳纳米管的预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用
去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱
中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；
2)微波降解：于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂，150-
750W下，微波照射1-7min。
2.按照权利要求1所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征
在于：所述的碳纳米管的粒径是10～20nm、20～40nm或40～60nm。
3.按照权利要求2所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征
在于：所述的碳纳米管的粒径是10～20nm。
4.按照权利要求3所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征
在于：含有有机污染物的溶液中，有机污染物的初始浓度为5.0-45.0mg/L，调节pH为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝红，王君，张子默，李媛媛，沈曼莉，宋立军，乔珩，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21