一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，公开了一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，所述改性活性碳材料组分包括生物质碳基基底材料、商品化碳制材料、金属盐、凹凸棒土、商品化UiO

【技术实现步骤摘要】
一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于水处理
，涉及一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家生态环境保护的政策逐渐严格，以及人民对环境保护和生态改善的重视程度提升，我国污水治理力度越来越大，各种新技术、新材料、新工艺被越来越广泛的应用到水处理
中。
[0003]持久性有机污染物通常是指通过各种环境介质（大气、水、生物体等）能够长距离迁移并长期存在于环境，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物质。
[0004]持久性有机污染物的去除方法包括物理法、化学法和生物法等。其中吸附法通过使用固体吸附剂将水样中的持久性有机污染物与基体和干扰化合物分离，再利用洗脱液将其从吸附剂上洗脱下来，可实现对持久性有机污染物分离和富集的目的，逐步成为最常用的去除方法之一。成本、吸附效率、比表面积和稳定性等因素直接影响吸附材料的综合性能和成本。
[0005]开发一种新型、高效且环保的吸附材料近来成为研究热点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的：在现有技术的基础上，提供一种低成本、高效、环保、比表面积大的改性活性碳材料及其制备方法。
[0007]技术方案：一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料：所述改性活性碳材料组分包括生物质碳基基底材料、商品化碳制材料、金属盐、凹凸棒土、商品化UiO
‑
66和其他助剂。
[0008]本专利技术进一步限定的技术方案为：所述生物质碳基基底材料的原材料为秸秆和坚果外壳的两种混合物；所述秸秆为未经发酵的新鲜收割秸秆；所述金属盐包括：锡盐、钴盐、铁盐、锰盐。
[0009]作为优选，所述商品化碳制材料包括碳毡、碳纤维、颗粒活性碳、粉末活性碳中的一种。
[0010]作为优选，所述其他助剂包括浓硫酸、对苯二甲酸丁二酯、硼氢化钠、三乙醇胺、尿素和Nafion溶液的一种或者几种。
[0011]作为优选，所述坚果外壳至少包括核桃、榛子和另外的坚果外壳组成；所述另外的坚果外壳包括栗子、杏仁、松子、花生、葵花籽、腰果、银杏外壳的一种或几种。
[0012]本专利技术还保护了一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料的制备方法：包括以下步骤：
（1）将质量比为1:1.5~1:7的秸秆和坚果外壳放入55~65
°
C的烘箱中低温烘干2~3天，取出后磨碎，采用50~150目过筛并混合均匀，再放入90~95
°
C的烘箱中干燥18~24h，取出后浸没在浓度为20%的浓硫酸中24h并缓慢搅拌，然后水洗至出水变为中性，制得生物质碳基材料前驱体；所述坚果外壳中核桃、榛子和另外一种坚果外壳的质量比为1:1:2~1:1:5；（2）将步骤（1）制得的生物质碳基材料前驱体在氟气与氩气混合条件下，150~500
°
C焙烧2~6h，制得氟化生物质碳基材料；其中所述氟气与氩气体积比为6:1~20:1；（3）将步骤（2）制得的氟化生物质碳基材料与商品化UiO
‑
66，按照质量比10:1~30:1混合均匀，然后将混合固体与尿素按照质量比2:1~5:1混合均后，加入管式炉中，在500~750
°
C条件下，在新鲜空气循环流动中焙烧1~4h，制得改性生物质碳基材料；（4）取质量比为1:1.5:2:150:1~1:3:3.5:200:1的醋酸钴、氯化亚铁、氯化锰、对苯二甲酸丁二酯和凹凸棒土混合，加入乙醇中搅拌洗涤，离心过滤后，在55~70
°
C条件下，氩气保护干燥2~4h，制得金属催化材料混合前驱体；（5）将步骤（3）制得的改性生物质碳基材料用乙醇清洗多次后，放入浓度为10%~35%的硼氢化钠溶液中，搅拌反应4~6h，然后加入质量浓度为0.01%~0.1%的氯化锡溶液，搅拌反应30~60min，然后加入步骤（4）制得的金属催化材料混合前驱体，继续搅拌反应30~36h后，真空过滤，制得固体混合粘稠物质；（6）将步骤（5）制得的固体混合粘稠物质放入反应釜中密封，在200~350
°
C条件下，反应18~24h，然后梯度降温，至室温后保持密封36~48h；其中梯度降温速度为20
°
C每小时，每降温50
°
C时，维持恒温2h；（7）将步骤（6）制得的固体物质按照质量比20:1~35:1加入三乙醇胺，球磨1~4h，将所得固体用异丙醇溶液清洗，3000~7000转离心干燥后，浸没至质量浓度10%的Nafion溶液中，制得混合液；（8）将商品化碳制材料浸没在步骤（7）制得的混合液中10~30min，然后氮气保护下干燥5~6h，重复3~8次，形成厚度0.1~0.3mm的膜层，最后一次浸渍后，干燥48h后，150~250
°
C干馏2~4h，得到改性活性碳材料。
[0013]本方法进一步限定的技术方案为：利用高温再生吸附饱和的所述活性碳材料，得到的再生碳可直接加入所述制备方法的步骤（1）中重新使用；所述再生碳与生物质碳基材料前驱体质量比为1:6~1:10。
[0014]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）、本专利技术采用的生物质碳基材料前驱体，除了具备制备成本低、易获取的优点外，通过改性后能明显提高商品化碳制材料的吸附性能，还具有再生工艺简单、再生性能好、易于再生的优点。
[0015]2）、本专利技术采用的金属催化材料混合前驱体中的凹凸棒土与对苯二甲酸丁二酯组合，能显著提高金属离子的空间分布，提高金属离子在碳材料表面的均匀性，改善吸附性能。
[0016]3）、本专利技术采用的UiO
‑
66和尿素混合，能改善碳材料表面的性能，利于活性位点的空间构型；并结合锡离子的预沉积和凹凸棒土的分散和骨架作用，能有效的在碳材料表面形成限域结构，提升其他金属离子在材料表面的分散均匀性，提高材料整体性能。
[0017]4）、本专利技术采用三乙醇胺作为助磨剂，配合Nafion溶液的聚合性和一定粘度，可以
有效的保证碳材料在维持改性后的性能的同时，与商品化碳制材料有效结合，并且这种结合方式，在高温再生时，可以使吸附饱和的碳膜易于脱落和回收，有效降低成本。
附图说明
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0019]图1是实施例1与市售商品活性碳再生吸附性能测试结果图。
[0020]图2是实施例2所得材料在电镜观观测图。
[0021]图3是实施例3与市售商品活性碳吸附实验去除多氯联苯的结果图。
实施方式
[0022]下面结合具体实施例1
‑
4，进一步阐明本专利技术。
实施例
[0023]一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将质量比为1:1.5的玉米杆和坚果外壳放入55
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，其特征在于：所述改性活性碳材料组分包括生物质碳基基底材料、商品化碳制材料、金属盐、凹凸棒土、商品化UiO
‑
66和其他助剂。2.根据权利要求1所述的一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，其特征在于：所述生物质碳基基底材料的原材料为秸秆和坚果外壳的两种混合物；所述秸秆为未经发酵的新鲜收割秸秆；所述金属盐包括：锡盐、钴盐、铁盐、锰盐。3.根据权利要求1所述的一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，其特征在于：所述商品化碳制材料为碳毡、碳纤维、颗粒活性碳、粉末活性碳中的一种。4.根据权利要求1所述的一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，其特征在于：所述其他助剂包括浓硫酸、对苯二甲酸丁二酯、硼氢化钠、三乙醇胺、尿素和Nafion溶液的一种或者几种。5.根据权利要求2所述的一种用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料，其特征在于：所述坚果外壳至少包括核桃、榛子和另外的坚果外壳组成；所述另外的坚果外壳包括栗子、杏仁、松子、花生、葵花籽、腰果、银杏外壳的一种或几种。6.一种如权利要求1~5任意一项所述的用于去除持久性有机污染物的改性活性碳材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将质量比为1:1.5~1:7的秸秆和坚果外壳放入55~65
°
C的烘箱中烘干2~3天，取出后磨碎，过筛混合均匀，再放入90~95
°
C的烘箱中干燥18~24h，取出后浸没在浓度为20%的硫酸溶液中24h并缓慢搅拌，然后水洗至出水变为中性，制得生物质碳基材料前驱体；（2）将步骤（1）制得的生物质碳基材料前驱体在氟气与氩气混合条件下，150~500
°
C焙烧2~6h，制得氟化生物质碳基材料；（3）将步骤（2）制得的氟化生物质碳基材料与商品化UiO
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66，按照质量比10:1~30:1混合均匀，然后将混合固体与尿素按照质量比2:1~5:1混合均后，加入管式炉中，在500~750
°
C条件下，在新鲜空气循环流动中焙烧1~4h，制得改性生物质碳基材料；（4）取质量比为1:1.5:2:150:...

【专利技术属性】
技术研发人员：路云霞，王庆九，俞欣，陈森，
申请(专利权)人：南京市生态环境保护科学研究院，
类型：发明
国别省市：