CN108622991B - 一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法 - Google Patents

一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法。该方法以可溶性糖类为原料，聚苯胺为交联剂和氮元素的来源，在水热条件下制备出掺氮炭气凝胶。利用制备出的掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解酸性橙废水，表现出高效的去除效果，1h内酸性橙的去除率达到98％。

Description

一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法
技术领域
本发明涉及有机废水降解技术领域，具体是指一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法。
背景技术
水资源是人类社会生存与发展的重要物质基础，然而随着现代工业的发展，水污染问题日益严重，特别是工业污水由于有机物浓度高、毒性大、成分复杂、治理难成为社会关注的重点。
以自由基为主的高级氧化技术是一种高效的处理有机污染物的方法，其中硫酸根自由基因为高的氧化电位和较宽的pH适用范围得到了越来越多的关注。硫酸根自由基主要通过活化过硫酸盐而得到，活化方法包括光辐射、加热、过渡金属催化。目前，钴离子因为较好的催化性能被广泛地用于催化过硫酸盐产生硫酸根自由基，但是钴离子易溶于水中，造成二次污染。
最近，有报道利用掺氮的碳基催化剂代替金属催化剂活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，比如掺氮的碳纳米管、掺氮的石墨烯。但是，这些碳材料仍然是由不可再生化石原料制得，因此，从能源和环境的角度考虑，制备同样性能的可持续材料势在必行。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法。
本发明的目的通过以下步骤实现：
a)制备掺氮的炭气凝胶：
将0.1～0.4g/mL水溶性糖类化合物溶于去离子水中，加热至70℃，调节pH值小于2，溶解后，依次加入过硫酸铵和苯胺，待溶液颜色开始变深后移入反应釜中，在140～220℃下加热5～20h后取出，得到水凝胶，用去离子水和乙醇反复清洗水凝胶，然后干燥得到有机气凝胶，将有机气凝胶放入管式炉中，在600～1000℃惰性气体中炭化得到炭气凝胶。
b)降解有机废水：
向有机废水中加入过硫酸盐或过一硫酸盐作为氧化剂，使氧化剂与有机物的质量比为10:1～100:1，调节pH值为3～9，然后加入0.1～0.5g/L炭气凝胶作为催化剂，并进行搅拌，使过硫酸盐或过一硫酸盐在催化剂作用下产生强氧化性的硫酸根自由基，对有机物进行氧化降解。
水溶性糖类化合物为葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖。
苯胺浓度为0.01～0.1g/mL，过硫酸铵与苯胺的摩尔浓度为1:2～2:1。
干燥采用自然干燥、加热干燥、真空干燥或冷冻干燥。
本发明以水溶性糖类为原料，聚苯胺为交联剂和氮元素的来源，通过水热法合成炭气凝胶，原料廉价易得，制备过程简单环保，以制备的炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水，催化剂用量少，催化效果好，是一种绿色环保的降解有机废水的方法。
附图说明
图1为实施例1制备的炭气凝胶的扫描电镜图
图2为实施例1、对比实施例1和对比实施例2的酸性橙的对比降解图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
掺氮炭气凝胶的制备：取10.0g葡萄糖溶于25mL 1.0mol/L的盐酸溶液中，在70℃下完全溶解后，依次加入0.5ml苯胺和1.2g过硫酸铵，溶液颜色变深后立即转入反应釜中，在160℃下加热10h，得到有机水凝胶，用去离子水和乙醇反复清洗水凝胶，经过自然干燥得到有机气凝胶，有机气凝胶在氮气氛围中以10℃/min的升温速率升至800℃，保持2h,得到炭气凝胶(CAs1)。其比表面积为534m2/g，扫描电镜见图1。
酸性橙的降解：向20mg/L酸性橙溶液中加入5mmol/L的过硫酸钾(PS)，不调pH，向混合液中加入0.2g/L的CAs1，分别于0、5、10、20、30、45、60min取样过滤，然后测吸光度，搅拌反应一个小时，计算得到酸性橙的去除率为98％。
实施例2
掺氮炭气凝胶的制备：取8.0g葡萄糖溶于25mL 1.0mol/L的硫酸溶液中，在70℃下完全溶解后，依次加入0.5ml苯胺和1.2g过硫酸铵，溶液颜色变深后立即转入反应釜中，在180℃下加热10h，得到有机水凝胶，用去离子水和乙醇反复清洗水凝胶，经过自然干燥得到有机气凝胶，有机气凝胶在氮气氛围中以10℃/min的升温速率升至900℃，保持2h,得到炭气凝胶(CAs2)。
酸性橙的降解：向40mg/L酸性橙溶液中加入6.5mmol/L的过一硫酸钾(PMS)，不调pH，再向混合液中加入0.3g/L的炭气凝胶，分别于0、5、10、20、30、45、60min取样过滤，然后测吸光度，搅拌反应一个小时，计算得到酸性橙的去除率为97％。
对比实施例1
酸性橙的降解：首先配制20mg/L酸性橙溶液，然后仅加入5mmol/L的PS，分别于0、5、10、20、30、45、60min取样过滤，然后测吸光度，搅拌反应一个小时，计算得到酸性橙的去除率为1.6％。
对比实施例2
酸性橙的降解：首先配制20mg/L酸性橙溶液，然后仅加入0.2g/L的CAs1，分别于0、5、10、20、30、45、60min取样过滤，然后测吸光度，搅拌反应一个小时，计算得到酸性橙的去除率为6.2％。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法,其特征在于，包括以下步骤：
a)制备掺氮的炭气凝胶：
将0.1～0.4g/mL水溶性糖类化合物溶于去离子水中，加热至70℃，调节pH值小于2，溶解后，依次加入过硫酸铵和苯胺，待溶液颜色开始变深后移入反应釜中，在140～220℃下加热5～20h后取出，得到水凝胶，用去离子水和乙醇反复清洗水凝胶，然后干燥得到有机气凝胶，将有机气凝胶放入管式炉中，在600～1000℃惰性气体中炭化得到炭气凝胶；
b)降解有机废水：
向有机废水中加入过硫酸盐或过一硫酸盐作为氧化剂，使氧化剂与有机物的质量比为10:1～100:1，调节pH值为3～9，然后加入0.1～0.5g/L炭气凝胶作为催化剂，并进行搅拌，使过硫酸盐或过一硫酸盐在催化剂作用下产生强氧化性的硫酸根自由基，对有机物进行氧化降解。
2.根据权利要求1所述的一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于：水溶性糖类化合物为葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖。
3.根据权利要求1所述的一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于：苯胺浓度为0.01～0.1g/mL，过硫酸铵与苯胺的摩尔浓度比为1:2～2:1。
4.根据权利要求1所述的一种掺氮炭气凝胶催化过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于：干燥采用自然干燥、加热干燥、真空干燥或冷冻干燥。
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