一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，将具有光热水蒸发和催化降解有机污染物双功能的MOF衍生金属氧化物/C复合材料置于亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫隔热材料表面，构建可浮于水面的太阳能水蒸发器，在太阳光照射下，所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料的表面产生热量促使水分蒸发，同时有机污染物随水输送至所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料进行光热催化降解，实现有机污水中有机污染物的降解及清洁水的获取。本发明专利技术的MOF衍生金属氧化物/C复合材料实现了在光热水蒸发获取清洁水的过程中，有效处理有机污染物，降低二次污染，可用于处理多组分复杂的有机污水。水。水。

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法


[0001]本专利技术涉及太阳能有机污水处理领域，具体涉及一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法。

技术介绍

[0002]随着城市化和工业化发展，工业污水、农业污水及生活污水的大量排放，各种有机污染物、重金属等造成的水污染问题日渐严重。
[0003]加强水资源的开发利用及有效水处理是解决水资源问题的必然选择。然而传统的海水淡化及污水处理技术，如反渗透、电渗析、热泵淡化和多效蒸馏等，仍存在设备复杂、高成本、高能耗及二次污染等问题。
[0004]太阳能作为万物能量之源，取之不尽用之不竭，是具有广泛应用前景的绿色清洁能源。
[0005]近年来，太阳能驱动界面光热水蒸发技术因其可持续性、环境友好性及低成本等，成为海水淡化、污水处理的重要研究分支。
[0006]太阳能驱动界面水蒸发技术通过光热材料将太阳能吸收转化为热能，并集中在水表面，加热表面水层，提高水蒸发速率。
[0007]目前的光热材料虽然具有较高的水蒸发速率，但大多数只具备单一的水蒸发性能。
[0008]He等(Chemical Engineering Journal 423(2021)130268)利用金属
‑
有机框架材料Ni
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MOF热解制备海胆状多孔碳材料SUC，并涂覆于木头表面组成复合蒸发器，展现出优异的界面光热海水蒸发性能。在不同的碳化温度下，Ni
‑
MOF衍生的碳材料SUC具有不同的形貌，随着碳化温度从500℃升高到800℃，海胆的次级结构逐渐从微米棒转变为碳纳米管，并且碳管顶端包裹有金属纳米颗粒。全部由碳管组成的SUC
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700，表现出丰富的孔结构(主要在微孔0.9nm，介孔3.2nm和9.3nm)和较高的比表面积(235.2m2g
‑1)，有利于光吸收和水传输。
[0009]公开号为CN 112980399 A的专利说明书公开了一种超亲水铜基MOF光热织物及其制备方法和应用，属于光热材料制备
所述制备方法以聚合物织物薄膜为基底进行等离子蚀刻处理和沉积处理，制得铜涂覆的聚合物织物薄膜；将所得铜涂覆的聚合物织物薄膜进行Cu(OH)2纳米线生长处理，然后进行水热处理，制得超亲水铜基MOF光热材料。该专利技术所述超亲水铜基MOF光热材料因其独特的金属有机多孔碳骨架结构而具有优异的超亲水性以及超高的蒸发效率，为太阳能驱动的界面海水淡化技术提供了一种全新的光热转换材料。本专利技术制备过程简单，可以实现大规模生产，能够很好的应用于便携式太阳能蒸发器的制备应用领域。
[0010]在实际处理污水过程中，如印刷、纺织、造纸和皮革等工业排放的废水，其组分复杂且往往含有大量的有机污染物。绝大多数光热材料对有机污染物的处理能力有限。
[0011]因此，人们迫切需要探索一种新型的光热材料和/或结构，能够在光热水蒸发同时
处理复杂污染物。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题是在光热水蒸发性能基础上构建催化降解性能，提高太阳能有机污水处理的效率。
[0013]本专利技术提供了一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，在多孔基底上生长MOF前驱体，经原位高温碳化制备MOF衍生金属氧化物/C复合材料。该MOF衍生金属氧化物/C复合材料因其独特的多级孔结构而具有优异的光吸收性能和亲水性，且因MOF碳化形成的金属氧化物/C复合结构而具有高效的光热蒸发和催化降解性能，可以同时实现光热水蒸发与催化降解有机污染物。本专利技术MOF衍生金属氧化物/C复合材料制备过程简易，且可多次循环重复使用，能够很好的应用于太阳能有机污水处理领域。
[0014]一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，将具有光热水蒸发和催化降解有机污染物双功能的MOF衍生金属氧化物/C复合材料置于亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫隔热材料表面，构建可浮于水面的太阳能水蒸发器，在太阳光照射下，所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料的表面产生热量促使水分蒸发，同时有机污染物随水输送至所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料进行光热催化降解，实现有机污水中有机污染物的降解及清洁水的获取；
[0015]所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料中的金属为Co、Ti、Zn、Fe、Cu中的至少一种；
[0016]所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料的制备方法包括步骤：
[0017](1)将多孔基底浸泡于MOF前驱体混合液中进行MOF生长反应，反应结束后干燥得到MOF/多孔基底；
[0018](2)将步骤(1)得到的MOF/多孔基底于300～1000℃高温碳化，得到所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料。
[0019]优选的，步骤(1)中，所述多孔基底为碳布、泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜或不锈钢网。
[0020]优选的，步骤(1)中，所述多孔基底的厚度为0.1～10mm。
[0021]优选的，步骤(1)中，所述MOF前驱体混合液为MOF
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5、MIL
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100(Fe)、NH2‑
MIL
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125(Ti)、HKUST
‑
1、ZIF
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67(Co)中的一种或多种MOF的前驱体的混合液。
[0022]优选的，步骤(2)中，所述高温碳化的升温速度为2～10℃/min。
[0023]优选的，步骤(2)中，300～1000℃高温碳化的保温时间为1～4h。
[0024]优选的，步骤(2)中，所述高温碳化的气氛为惰性气体，或二氧化碳、空气、水蒸气中的至少一种与惰性气体的混合，所述惰性气体为氮气、氩气中的至少一种，可通过控制碳化温度、碳化时间等控制金属和C的氧化程度。当所述高温碳化的气氛中含有二氧化碳、空气、水蒸气时，还可通过控制二氧化碳、空气、水蒸气的占比等控制金属和C的氧化程度。
[0025]优选的，步骤(1)中，所述MOF前驱体混合液为MOF
‑
5和HKUST
‑
1的前驱体的混合液，其中Zn和Cu的摩尔比为1:1；所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料中的金属为铜和锌，所述有机污染物为罗丹明B。研究发现，上述比例的MOF
‑
5和HKUST
‑
1碳化形成的氧化铜/氧化锌/C复合材料对于光热水蒸发和罗丹明B的降解存在协同作用，相比于单一MOF
‑
5或HKUST
‑
1碳化形成的氧化铜C复合材料或氧化锌/C复合材料具有明显的效果提升。
[0026]本专利技术与现有技术相比，主要优点包括：
[0027]本专利技术的MOF衍生金属氧化物/C复合材料具有多级孔结构，不仅可以作为水传输通道，而且该结构可减少太阳光反射，提高了太阳光利用率，在太阳辐射范围内(300
‑
2500nm)具有85％～99％的高宽光谱吸收率。
[0028]本专利技术的MOF衍生金属氧化物/C复合材料实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，其特征在于，将具有光热水蒸发和催化降解有机污染物双功能的MOF衍生金属氧化物/C复合材料置于亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫隔热材料表面，构建可浮于水面的太阳能水蒸发器，在太阳光照射下，所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料的表面产生热量促使水分蒸发，同时有机污染物随水输送至所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料进行光热催化降解，实现有机污水中有机污染物的降解及清洁水的获取；所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料中的金属为Co、Ti、Zn、Fe、Cu中的至少一种；所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料的制备方法包括步骤：(1)将多孔基底浸泡于MOF前驱体混合液中进行MOF生长反应，反应结束后干燥得到MOF/多孔基底；(2)将步骤(1)得到的MOF/多孔基底于300～1000℃高温碳化，得到所述MOF衍生金属氧化物/C复合材料。2.根据权利要求1所述的利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多孔基底为碳布、泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜或不锈钢网。3.根据权利要求1所述的利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多孔基底的厚度为0.1～10mm。4.根据权利要求1所述的利用太阳能光热催化处理有机污水的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马赛男，汪倩倩，高翔，陈珂，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：