一种生物炭及其在催化过硫酸钠降解4-氯苯酚上的运用制造技术

本发明专利技术涉及一种生物炭及其在催化过硫酸钠降解4

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭及其在催化过硫酸钠降解4
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氯苯酚上的运用


[0001]本专利技术涉及碳材料的制备技术，尤其是一种生物炭及其在催化过硫酸钠降解4
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氯苯酚上的运用。

技术介绍

[0002]4‑
氯苯酚作为环境中氯酚类污染物的代表，存在于石化、染料、造纸和制药的许多工业废水中。此外，由于4
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氯苯酚对哺乳动物和水生生物的毒性、潜在致癌性和致突变性，欧洲联盟已将其列为优先污染物之一。因此，探索更环保、更高效的水介质中4
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氯酚的降解和矿化技术具有重要意义。
[0003]近几十年来，高级氧化技术在废水处理方面取得了显著的进步。其中，基于硫酸根的AOPs(SR AOPs)得到了广泛而深入的研究。过硫酸盐包括过氧二硫酸盐(PDS)和过氧单硫酸盐(PMS)，其中PDS由于其更高的稳定性、更长的使用寿命和更低的价格而优于PMS。但是，过硫酸盐它本身很难与有机污染物直接反应，需要活化才能产生其他活性物质，如硫酸根、羟基、单线态氧等，才能起到降解污染物的作用。活化方法有许多，例如外部能量(例如热活化、辐射活化)活化和使用催化剂(例如过渡金属离子、金属氧化物、无金属碳材料)活化。这些方法不节能，加热活化使用起来不方便，需要金属或金属氧化物的方法甚至可能导致二次污染。
[0004]另一方面，碳材料是一种绿色高效的催化剂，具有成本低、来源广、无金属泄漏造成二次污染的风险。常见的碳材料包括活性碳、还原氧化石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石和生物炭。特别是生物炭被认为是一种来源广泛的廉价材料。生物炭是利用生物质经过热处理后获得的一种产品，由于其具体多孔结构通常用于吸附反应，但是这种物理吸附作用力比较有限，存在生物炭材料无法重复利用、吸附产物仍需处理和反应不充分等问题。
[0005]将碳材料进一步深加工转化为活性碳、还原氧化石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石等可以提高其性能，但这些碳材料价格相对昂贵且对原材料也有要求。因此，立足于生物炭自身，寻找解决思路是人们一直努力研究的问题。
[0006]目前大多数传统方法制备的生物炭，产品应用效果不理想，需要进行额外的处理，如负载或掺杂其他活性催化组分(如金属)氧化物颗粒。例如，中国专利技术专利CN 111921536 A公开了一种基于天然矿物和生物质制备的新型催化吸附材料，其中生物炭仅作为载体，Fe，Mn为主体催化元素。这种通过掺杂或负载金属元素和金属氧化物制备的生物炭虽具有良好的性能，但存在金属离子二次泄漏的风险，其提高了生产成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有的生物炭制备存在的问题，提供一种生物炭的制备方法，该方法以生物炭自身作为催化剂，通过对其进行加工改性，不引入金属元素就可以赋予生物炭较强的催化活性，运用在催化过硫酸钠降解4
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氯苯酚上，具有较好的去除效果。
[0008]现有技术中常见的生物炭，如污泥生物炭、稻草生物炭、松针生物炭、竹子生物炭
和花生壳生物炭已应用于过硫酸盐高级氧化技术，但其性能仍不理想，需要进行额外的处理，如负载或掺杂其他活性催化组分(如金属或金属)氧化物颗粒)，存在金属离子二次泄漏的风险。瓜子壳一般作为废料处理，少数应用作于植物肥料，忽视了其生物碳化能力。瓜子壳材料含大量纤维素，容易进行碳化和改性，且瓜子壳作为葵花籽果皮，不但含有氮、磷、钾等营养成分，还含有一些铁、铜与锌等微量元素，可为生物炭提供更强的催化性。
[0009]具体方案如下：
[0010]一种生物炭的制备方法，包括获得瓜子壳，将所述瓜子壳粉碎、过筛后，在保护气氛下于400℃
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1000℃进行碳化处理，得到的碳化产物冷却后研磨，加入碱性溶液浸泡后，在第一温度300
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400℃进行第一次热处理，然后加热到第二温度进行第二次热处理，所述第二温度高于所述第一温度400
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500℃，冷却后洗涤、干燥，得到所述生物炭。
[0011]进一步的，所述瓜子壳粉碎、过筛后的粒径为≤150μm；所述碳化处理采用氮气或惰性气体氛围，碳化处理的温度为700
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850℃。
[0012]进一步的，所述碱性溶液为KOH水溶液，浓度为0.1
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5mol/L；加入碱性溶液后浸泡1
‑
2h，然后进行第一次热处理。
[0013]进一步的，所述第一次热处理是以1
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5℃/min的速率升至350
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380℃，并保温1.5
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2.5h，随后以20
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30℃/min的速率升至所述第二温度，并保温1
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2h，所述第二温度为750
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850℃。
[0014]本专利技术还保护所述生物炭的制备方法，制备得到的生物炭，生物炭粒径为10
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50μm，比表面积为300
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350m2/g，微孔体积为0.1
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0.3ml/g。
[0015]本专利技术还保护所述生物炭在催化过硫酸钠降解4
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氯苯酚上的运用。
[0016]本专利技术还保护一种含4
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氯苯酚的污水处理方法，采用所述生物炭，将所述生物炭投入污水中，然后加入过硫酸钠，所述生物炭的加量为0.1
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0.3g/L，所述过硫酸钠的加量为0.5
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1g/L，在室温下反应30
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120min。
[0017]进一步的，所述污水中4
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氯苯酚的质量浓度为1
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100mg/L。
[0018]进一步的，所述污水中4
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氯苯酚的质量浓度为1
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50mg/L，所述生物炭的加量为0.1
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0.3g/L，所述过硫酸钠的加量为0.5
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3g/L，在室温下反应120min，4
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氯苯酚的去除率大于等于99.0％。
[0019]有益效果：
[0020]本专利技术中，采用瓜子壳进行碳化，对碳化材料进行改性，包括加碱活化，以及两次热处理，其中第一次热处理是在低温下形成初级孔道，第二次加热温度要高于第一加热温度400
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500℃，利用两次加热的温度差，来改变产品的内部构造，形成丰富的空隙，提高产品的吸附能力，同时还具有催化过硫酸钠降解4
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氯苯酚的作用。
[0021]再则，本专利技术提供一种含4
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氯苯酚的污水处理方法，在室温下完成4
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氯苯酚的降解，依靠所制备的生物炭作为吸附剂和催化剂，利用生物炭本身的物理吸附作用，同时还利用生物炭进行过硫酸盐的催化，在水体中产生大量自由基，利用自由基进行高级氧化，将污染物直接降解为无毒无害的H2O与CO2。
[0022]总之，本专利技术利用瓜子壳独特的薄壁、平行纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭的制备方法，其特征在于：包括获得瓜子壳，将所述瓜子壳粉碎、过筛后，在保护气氛下于400℃
‑
1000℃进行碳化处理，得到的碳化产物冷却后研磨，加入碱性溶液浸泡后，在第一温度300
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400℃进行第一次热处理，然后加热到第二温度进行第二次热处理，所述第二温度高于所述第一温度400
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500℃，冷却后洗涤、干燥，得到所述生物炭。2.根据权利要求1所述生物炭的制备方法，其特征在于：所述瓜子壳粉碎、过筛后的粒径为≤150μm；所述碳化处理采用氮气或惰性气体氛围，碳化处理的温度为700
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850℃。3.根据权利要求1所述生物炭的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液为KOH水溶液，浓度为0.1
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5mol/L；加入碱性溶液后浸泡1
‑
2h，然后进行第一次热处理。4.根据权利要求1所述生物炭的制备方法，其特征在于：所述第一次热处理是以1
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5℃/min的速率升至350
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380℃，并保温1.5
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2.5h，随后以20
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30℃/min的速率升至所述第二温度，并保温1
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2h，所述第二温度为750
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850℃。5.权利要求1
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4任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅海燕，金月正，宋依晴，柳炳辉，郑渊茂，高攀峰，程前，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：