一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭的制备方法及应用，属于无机非金属材料制备及电催化降解领域。以椰壳为原料，先将椰壳去离子洗净，烘干后粉碎，再通过碳化、活化、酸洗、水洗、干燥，得到椰壳活性炭。向制得的活性炭中加入改性剂，超声振荡，过滤后自然干燥得到改性活性炭。改性的椰壳活性炭做为三维电极的填充粒子在降解结晶紫时，用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭在降解对苯二酚时，最佳反应pH为5，最佳电解电压为20V，最佳电解时间为120min，在最佳条件下，结晶紫降解效率达到86％。本发明专利技术制备的用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭性能稳定，催化活性良好，价格低廉，同时实现了废旧资源的再利用。

A modified coconut shell activated carbon used as three-dimensional electrode filling particle and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机非金属材料制备及电催化降解领域，具体涉及一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭及其制备方法和在电催化降解结晶紫的应用。
技术介绍
近年来皮革制造、造纸、印刷、纺织类生产、食品加工、生化实验等方面都会产生一定量的含有染料的废水，印染废水是指有关印染方面的工序的加工的过程中排放的各种废水混合而成的混合型废水。人们在以减少能量消耗、不产生其他污染物和操作方法简便为目的的条件下，探索并通过实验发现利用电催化来降解一些印染废水中的污染物。这种方法不仅可以降低废水中污染物的浓度，还可以避免降解过程产生其他有害物质而造成二次污染，是一种降解环境有机污染物较理想的方法。同时高效、节能的纳米材料催化技术也对光降解领域起到有利的作用。这种污染物降解方法对生态保护及可持续发展起到了重要作用。三维电解反应器是在二维电解反应器仅包括阴阳两个极板的基础上，通过在两极板间填充导体或半导体材料制作而成在通电的条件下，填充粒子带电形成带电的粒子成为第三极。三维电解反应器中的每个填充粒子在电场的作用下极化带电，因此单个粒子电极形成一个微小的电池，粒子电极表面具有较高的氧化还原电位，可以促进溶液体系中强氧化性基团的产生。我国海南是椰子盛产地，椰子产量丰富，用椰壳制成活性炭有效利用了椰壳废弃物，避免浪费，降低成本。将TiO2负载活性炭进行活性炭的改性，增加活性炭载反应器中的电阻，减小了短路电流和旁路电流。改性后的椰壳活性炭用作三维电极的填充粒子时，填充粒子极大的增加了反应的比表面，提高了传质速率。有效的提高了有机废水的降解速率。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对废弃椰壳资源浪费的问题，利用废弃废弃椰壳结合改性活性炭的优点，提出一种制备改性椰壳活性炭的方法。本专利技术的目的之二是提供一种改性椰壳活性炭电催化降解有机污染物的方法。为实现本专利技术目的所采用的技术方案为：一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，制备方法包括如下步骤：1)将椰壳粉碎，用去离子水洗净，在去离子水中煮沸后进行干燥，磨碎过20目筛，取筛下物放入马弗炉中碳化，得碳化料；2)取碳化料与活化剂混合，浸渍后烘干，在马弗炉中高温煅烧后与0.1mol/L的HCl混合，水浴振荡后水洗，并将pH调至6.0-8.0，干燥得椰壳活性炭；3)将钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸混合后加入椰壳活性炭，搅拌后超声震荡得黑色胶体，过滤、自然干燥后得目标产物。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，步骤1)中，煮沸时间为30min；干燥温度为90-110℃，干燥时间为3-5h；碳化时间为1h；碳化温度为440-460℃。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，步骤2)中，所述的活化剂是3.5mol/L的ZnCl2，浸渍比3:1。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，步骤2)中，煅烧温度为450-600℃，煅烧时间为1-3h。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，步骤3)中，按摩尔质量比，钛酸四丁酯∶异丙醇∶硝酸＝1∶17.8-17.9∶1.2-1.3。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，按固液比，椰壳活性炭：钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸的混合物＝1g：2.2mL-2.3mL。优选地，上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，步骤3)中，所述的超声振荡的时间为10-30min；上述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭在电催化降解有机污染物中的应用。上述的应用，所述有机污染物是结晶紫。上述的应用，方法如下：于250mL含有结晶紫的溶液中，调节电解电压为5～20V，溶液的初始pH为3～7，在二维电极反应器中加入权利要求1所述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭25g，形成三维电极反应器，电催化降解0～120min。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备的改性椰壳活性炭，主要原料来源于废弃的椰壳，原料来源丰富，价格低廉，制备成本较低。(2)本专利技术制备的改性椰壳活性炭，采用废弃的果壳用作制备活性炭，不仅可以减少废弃物对我们造成的环境负担，也可以为我们治理废水贡献作用。(3)本专利技术采用负载方式对活性炭进行改性，通过强化粒子电极的吸附性能的方式，提高反应速率和电流效率，从电化学反应及传质过程上提高三维电解效率。(4)本专利技术制备的用于三维电极的改性椰壳活性炭，在改性过程中使用超声震荡，超声产生的空化泡在破裂时会释放大量的能量，加快反应过程。附图说明图1是外加电压对改性椰壳活性炭电催化降解结晶紫降解率的影响。图2是pH对改性椰壳活性炭电催化降解结晶紫降解率的影响。图3是电解时间对改性椰壳活性炭电催化降解结晶紫降解率的影响。具体实施方式实施例1改性椰壳活性炭的制备1、椰壳预处理：取椰壳粉碎，去离子水洗净，离子水中煮沸30min，在100℃的鼓风箱中干燥4h，然后磨碎，过20目筛；2、取预处理后的固体物20g，放入马弗炉中，在450℃下中碳化1h；按浸渍比3:1的比例，将碳化后的碳化料与20mL的3.5mol/LZnCl2混合，浸渍24h，然后一起放在鼓风箱中100℃烘干，放入马弗炉中，在600℃下高温煅烧1h，得活化产品，；将活化产品与15mL0.1mol/L的HCl混合，水浴振荡12h以后放入热蒸馏水中水洗，并将pH调至7.0；最后放入120℃鼓风干燥箱中干燥4h，得椰壳活性炭；3、椰壳活性炭的改性：向500ml的大烧杯中加入钛酸四丁酯6ml，异丙醇24ml，硝酸1ml，恒温震荡器震荡15min，玻璃棒搅拌15min；然后向上述的溶液中加入上述制得的椰壳活性炭14g，并加入1ml去离子水，玻璃棒搅拌1h，溶液变成黑色，超声振荡20min，溶液变成黑色胶体后将获得的黑色胶体用铁丝网过滤，将滤出物自然干燥，得到改性的椰壳活性炭。实施例2改性的椰壳活性炭作为三维电极的填充粒子电催化降解有机污染物改性的椰壳活性炭降解结晶紫的降解率计算公式如下：η＝(S0-S)/S0*100％其中：S0表示降解前结晶紫的峰面积，S表示降解后结晶紫的峰面积。峰面积可用高效液相色谱仪测定。1、外加电压对改性椰壳活性炭电催化降解结晶紫降解率的影响。方法：以8×8cm的石墨板作为阴极板，8×8cm的Ti-IrO2/RuO2-IrO2作为阳极板，在阴阳极板间加入25g实施例1制作的改性椰壳活性炭，使用0.1mol/L的Na2SO4作为电解质溶液，加入250mL初始浓度为200mg/L、初始pH＝7的结晶紫溶液，曝气量30L/h，电解120min，分别控制电解电压为5V，10V，15V，20V，分别在电催化120min时收集上清液，用高效液相色谱仪测试样品，以288.00nm为测定波长，计算结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，其特征在于，制备方法包括如下步骤：/n1)将椰壳粉碎，用去离子水洗净，在去离子水中煮沸后进行干燥，磨碎过20目筛，取筛下物放入马弗炉中碳化，得碳化料；/n2)取碳化料与活化剂混合，浸渍后烘干，在马弗炉中高温煅烧后与0.1mol/L的HCl混合，水浴振荡后水洗，并将pH调至6.0-8.0，干燥得椰壳活性炭；/n3)将钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸混合后加入椰壳活性炭，搅拌后超声震荡得黑色胶体，过滤、自然干燥后得目标产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
1)将椰壳粉碎，用去离子水洗净，在去离子水中煮沸后进行干燥，磨碎过20目筛，取筛下物放入马弗炉中碳化，得碳化料；
2)取碳化料与活化剂混合，浸渍后烘干，在马弗炉中高温煅烧后与0.1mol/L的HCl混合，水浴振荡后水洗，并将pH调至6.0-8.0，干燥得椰壳活性炭；
3)将钛酸四丁酯、异丙醇、硝酸混合后加入椰壳活性炭，搅拌后超声震荡得黑色胶体，过滤、自然干燥后得目标产物。


2.根据权利要求1所述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，其特征在于：步骤1)中，煮沸时间为30min；干燥温度为90-110℃，干燥时间为3-5h；碳化时间为1h；碳化温度为440-460℃。


3.根据权利要求1所述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，其特征在于：步骤2)中，所述的活化剂是3.5mol/L的ZnCl2，浸渍比3:1。


4.根据权利要求1所述的一种用作三维电极填充粒子的改性椰壳活性炭，其特征在于：步骤2)中，煅烧温度为450-600℃，煅烧时间为1-3h...

【专利技术属性】
技术研发人员：包红旭，李泽，徐晓红，宋泽斌，巨承文，刘洪源，胡家伟，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21