CN113087110A - 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法 - Google Patents

一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113087110A
CN113087110A CN202110387817.9A CN202110387817A CN113087110A CN 113087110 A CN113087110 A CN 113087110A CN 202110387817 A CN202110387817 A CN 202110387817A CN 113087110 A CN113087110 A CN 113087110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
catalytic
stirring paddle
abs plastic
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110387817.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113087110B (zh
Inventor
张利静
孙嘉伟
陶胜洋
李敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202110387817.9A priority Critical patent/CN113087110B/zh
Publication of CN113087110A publication Critical patent/CN113087110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113087110B publication Critical patent/CN113087110B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/70—Treatment of water, waste water, or sewage by reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
    • C02F2101/345—Phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法，属于污水处理技术领域。所述产物铜/氧化铜复合材料为红色微纳米薄膜，以ABS塑料片为基底，通过ABS塑料片和镀铜溶液反应制备；本发明制备工艺简单，绿色，不需要添加表面活性剂，反应条件温和，无副产物产生，适用于工业规模化批量生产，同时生产制备获取的铜/氧化铜复合结构的插片式搅拌桨，作为整体式催化搅拌桨可以快速、高效处理工业和农业废水中存在的有机污染物，具有良好的经济效益和社会效益，值得推广。

Description

一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及到可插入式整体式催化搅拌桨。具体涉及在ABS表面化学镀铜并插入到3D打印的搅拌桨框架中进行催化降解工业废水中对硝基苯酚的方法和应用。
背景技术
对硝基苯酚是染料生产过程中工业废水的常见成分，大量的对硝基苯酚排放到水中会导致人的肝肾功能衰竭，因此去除水中的对硝基苯酚是工业废水处理的重要环节。利用催化剂将其还原为低毒且有重要用途的对氨基酚，是将对硝基苯酚变废为宝的一种绿色高效的处理方法。
铜及其氧化物纳米颗粒，由于其独特的催化性能、来源丰富、廉价，而被广泛用来替代贵金属催化剂用于对硝基苯酚的催化降解反应中。在催化反应中，催化剂的尺寸越小，比表面积越大，催化效率也越高。但是催化剂尺寸的减小会给催化剂的分离和回收再利用带来非常大的困难，同时也伴随着能耗和成本的增加。因此，催化剂的分离及循环稳定性成为限制其广泛实际应用的关键问题。因此，发展一种新的方法在不降低催化还原效率的同时又避免分离难题就显得非常重要。
整体式催化搅拌桨为解决这一问题提供了新的思路。第一，作为高效的流体混合方式，搅拌反应器可以有效的消除反应体系中的温度和浓度梯度，强化物质的传递和扩散；第二，催化剂直接负载在搅拌桨的叶片上，使得物质一旦扩散到叶片上就在其表面直接发生反应，反应后的产物也能迅速转移，因而有利于提高催化性能。第三，反应后的搅拌桨可直接从体系中取出，克服了传统搅拌反应中纳米催化剂难以分离的问题。因此，可以将铜及其氧化物纳米颗粒负载在搅拌桨叶片上得到具有催化活性的搅拌桨叶片。化学镀铜法可以方便地在各种基材表面沉积金属铜纳米颗粒，经在空气中放置一段时间，其表面会被部分氧化从而形成铜及氧化铜复合材料，从而表现出较好的催化活性，利用该方法可在不同基材表面镀铜得到具有催化活性的搅拌桨叶片，制备得到可插入式的整体式的铜催化搅拌桨用于对硝基苯酚的催化降解，可在解决分离难题的同时还方便催化剂的循环使用和更换。
因此本发明提供一种利用化学镀铜结合3D打印制备可插入式铜基整体式催化搅拌桨的方法，并用于快速催化降解对硝基苯酚污水。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用化学镀铜结合3D打印制备可插入式铜基整体式催化搅拌桨的方法，并用于快速催化降解对硝基苯酚污水。
本发明的技术方案：
一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法，该可插入式铜基整体式催化搅拌桨包括搅拌桨叶片1、搅拌桨框架2。所述的搅拌桨叶片1表面负载具有催化活性的铜基纳米颗粒，并插入到搅拌桨框架2中，实现搅拌过程和催化过程的耦合。其制造步骤如下：
选择ABS塑料作为基底材料，裁成搅拌桨叶片尺寸，经乙醇、去离子水超声清洗后，用高目数砂纸打磨粗化其表面，随后浸泡在含活化液中活化，是材料表面具有还原活性，然后放入化学镀铜液中浸泡20-30min，温度控制在30℃。随后取出镀片，充分清洗后用氮气吹干，于空气中放置2-5天，以使其表面部分氧化，从而得到高催化活性的Cu-Cu2O-CuO复合材料催化叶片。利用熔融沉积型3D打印机打印搅拌桨框架，将上述具有催化活性的ABS叶片插入到搅拌桨框架中，形成整体式催化搅拌器，最后用于催化降解对硝基苯酚污水，90s内降解效率可达100％，且可多次重复使用。
所述的ABS塑料的粗化采用高目数砂纸打磨法代替传统的铬酸粗化法，制备过程无毒无污染，且所得镀层均匀，附着力更牢固不易脱落。
所述的搅拌桨框架由3D打印机直接打印，材质是ABS塑料、PLA、不锈钢或陶瓷。
所述的活化液的组分为质量分数0.7％的硝酸银溶解于体积比1：7的1，2二氯乙烷和乙醇中，所得混合溶液按照体积比为20：3进一步与丙酮混合。
所述的镀铜液的组分为硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、甲醛、水，质量比为7:20:4.5:5:463。
本发明的有益效果：一、本发明制备工艺简单，绿色，制备过程无毒无污染，制备工艺不需要适配特殊设备，适用于工业规模化批量生产；二、化学镀铜法可在各种基材表面得到铜及其氧化物复合纳米材料，可根据反应体系要求灵活选择基材；三、得到的插片式整体催化搅拌桨同时具有强化扩散和催化降解两种功能，提高了催化反应效率；四、搅拌桨可直接从反应体系中提拉取出，便于催化剂的分离、重复使用和更换；五、成本低、对硝基苯酚催化效率高，具有良好的经济效益和社会效益，值得推广。
附图说明
图1是可插入式铜基整体催化搅拌桨模型示意图，图中1为搅拌桨叶片，2为搅拌桨框架；
图2是ABC表面清洗-粗化-活化-镀铜后表面的SEM图。
图3是对硝基苯酚催化还原效率图。
图4是催化活性搅拌桨叶片的循环使用效果图。
图5是搅拌桨放大后处理2L污水的催化效果图。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步对本发明进行详细的描述。
实施例1
一种可插入式铜基催化搅拌桨催化还原对硝基苯酚的方法，具体步骤如下
(1)使用SolidWorks软件设计搅拌桨框架模型，并使用熔融沉积型3D打印机打印出搅拌桨框架，该搅拌桨共有6个叶片框架，每个叶片厚为0.8mm，长为15mm，高为10mm，套筒高为30mm，采用的打印线为商品化的ABS打印线。
(2)将商用ABS塑料片裁成6个1.5*1.5cm的搅拌桨叶片，并用乙醇、去离子水分别超声清洗20min，去除ABS表面杂质。
(3)使用不同目数1000目、3000目、5000目的砂纸分别对ABS片正反两面进行均匀打磨3min，以使其表面被均匀粗化，便于后续铜颗粒的均匀附着及稳定性。
(4)配置活化液：硝酸银0.12g，1,2-二氯乙烷2.5ml，乙醇17.5ml，丙酮3ml，总体积为23ml，含Ag质量分数0.7％。
(5)配置镀铜液：硫酸铜0.7g，酒石酸钾钠2g，NaOH 0.45g，甲醛0.5ml，加水溶解至溶液总体积为50毫升。
(6)将步骤(3)粗化后的ABS片依次浸入活化液中20min，30℃水浴镀铜液中25min，即得到两面均匀负载铜颗粒的ABS片。
(7)将步骤(6)中所得ABS片洗涤、烘干，在空气中放置3天后，即得到Cu:Cu2O:CuO比例接近1:1:1的高活性铜基催化活性ABS片。
(8)将步骤(7)所得ABS镀铜片插入步骤(1)得到的3D打印ABS搅拌桨框架中，即得到插入式铜基整体式催化搅拌桨。
(9)将步骤(8)所得插入式铜基整体式催化搅拌桨放入50ml含0.2mM的对硝基苯酚模拟工业废水中，加入硼氢化钠0.02g，转速250rpm的条件下仅90s即可100％催化还原，如图3所示。
(10)步骤(9)反应后的ABS叶片经取出-洗涤-干燥后，可重复使用15次，90s催化还原效率仍保持在95％以上(图4)，适当延长时间均可100％降解。
(11)利用3D打印机打印大尺寸的搅拌桨框架，尺寸为每个叶片厚为0.8mm，长为30mm，高为60mm，套筒高为90mm。将ABS裁成6个3cm*6cm的大尺寸叶片，重复上述(6)～(8)操作，得到放大后的插入式铜基整体式催化搅拌桨，用于催化2L的0.2mM的对硝基苯酚溶液，90s内的还原效率仍能达到100％，说明具有放大实际应用的潜力。
实施例2(用于降解亚甲基蓝)
一种可插入式铜基催化搅拌桨催化降解亚甲基蓝的方法，具体步骤如下
(1)重复实施例1中的步骤(1)～(8)。
(2)将步骤(8)所得插入式铜基整体式催化搅拌桨放入50ml分别含亚甲基蓝100ppm、200ppm、300ppm的模拟工业废水中，转速250rpm的条件下，亚甲基蓝污染物也被降解，说明该搅拌桨具有一定的普适性，如图5所示。

Claims (5)

1.一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法，该可插入式铜基整体式催化搅拌桨包括搅拌桨叶片和搅拌桨框架；所述的搅拌桨叶片表面负载具有催化活性的铜基纳米颗粒，并插入到搅拌桨框架中，实现搅拌过程和催化过程的耦合；其特征在于，具体步骤如下：
选择ABS塑料作为基底材料，裁成搅拌桨叶片尺寸，经乙醇、去离子水超声清洗后，用高目数砂纸打磨粗化其表面，随后浸泡在含活化液中活化，是材料表面具有还原活性，然后放入化学镀铜液中浸泡20-30min，温度控制在30℃；随后取出镀片，充分清洗后用氮气吹干，于空气中放置2-5天，以使其表面部分氧化，从而得到高催化活性的Cu-Cu2O-CuO复合材料催化叶片；利用熔融沉积型3D打印机打印搅拌桨框架，将上述具有催化活性的ABS叶片插入到搅拌桨框架中，形成整体式催化搅拌器，最后用于催化降解对硝基苯酚污水，90s内降解效率达100％，且多次重复使用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌桨框架由3D打印机直接打印，材质是ABS塑料、PLA、不锈钢或陶瓷。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的活化液的组分为质量分数0.7％的硝酸银溶解于体积比1：7的1，2二氯乙烷和乙醇中，所得混合溶液按照体积比为20：3进一步与丙酮混合。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的镀铜液的组分为硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、甲醛、水，质量比为7:20:4.5:5:463。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的镀铜液的组分为硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、甲醛、水，质量比为7:20:4.5:5:463。
CN202110387817.9A 2021-04-12 2021-04-12 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法 Active CN113087110B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110387817.9A CN113087110B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110387817.9A CN113087110B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113087110A true CN113087110A (zh) 2021-07-09
CN113087110B CN113087110B (zh) 2022-02-15

Family

ID=76676288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110387817.9A Active CN113087110B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113087110B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113813885A (zh) * 2021-10-26 2021-12-21 上海簇睿低碳能源技术有限公司 一种整体式多孔催化搅拌桨及其制备方法
CN114288869A (zh) * 2021-12-28 2022-04-08 广州大学 一种CuO@Cu-PDA/PEI改性膜的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104857958A (zh) * 2015-05-15 2015-08-26 中国科学院过程工程研究所 一种铜基Cu-Cu2O-CuO催化剂及其制备方法和用途
CN209378821U (zh) * 2018-11-30 2019-09-13 大连理工大学 一种实验室用3d打印的结构催化搅拌桨
CN110846646A (zh) * 2019-12-10 2020-02-28 卢桂珍 一种abs塑料化学镀铜液及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104857958A (zh) * 2015-05-15 2015-08-26 中国科学院过程工程研究所 一种铜基Cu-Cu2O-CuO催化剂及其制备方法和用途
CN209378821U (zh) * 2018-11-30 2019-09-13 大连理工大学 一种实验室用3d打印的结构催化搅拌桨
CN110846646A (zh) * 2019-12-10 2020-02-28 卢桂珍 一种abs塑料化学镀铜液及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113813885A (zh) * 2021-10-26 2021-12-21 上海簇睿低碳能源技术有限公司 一种整体式多孔催化搅拌桨及其制备方法
CN114288869A (zh) * 2021-12-28 2022-04-08 广州大学 一种CuO@Cu-PDA/PEI改性膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113087110B (zh) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113087110B (zh) 一种可插入式铜基整体式催化搅拌桨的制备方法
JP4198799B2 (ja) 無電解メッキ方法
CN107029720B (zh) 负载型高级氧化催化材料及其制备方法
CN101654775B (zh) 化学镀材料及其制备方法
CN100560192C (zh) γ-聚谷氨酸复合膜的制备方法
CN102019430B (zh) 一种碱性蚀刻废液回收铜及碱性蚀刻液的回收方法
CN100545305C (zh) 非金属基体化学镀的一种活化工艺
CN203411383U (zh) 一种膜管催化剂
CN105664937A (zh) 一种纳米多孔金催化膜的制备方法
CN215756632U (zh) 陶瓷平板膜耦合臭氧催化氧化的一体化装置
CN106928775A (zh) 一种可低温烧结的纳米铜导电油墨、制备方法和印刷应用
CN111519225B (zh) Abs塑料的无铬无锰粗化液及其使用方法
CN105979711B (zh) 一种制备塑料基覆铜柔性电路板的方法
CN112495403A (zh) 一种BiOCl/Bi2O3光催化材料及其制备方法和应用
CN1698952A (zh) 一种负载型钯/碳催化剂的制备方法
CN105152306A (zh) 一种异位去除制药工业废水悬浮填料老化生物膜的方法
CN110643981B (zh) 纳米微米结合铁基双金属微电解材料及其制备方法
CN213506156U (zh) 一种臭氧催化氧化流化床污水处理装置
CN104874407B (zh) 一种负载型纳米铁合金催化剂及深度处理印染废水的方法
CN204639140U (zh) 一种制备pcb高导电纳米银的设备
CN104312263B (zh) 一种1,4-卟啉钯-丁二炔作为微接触印刷墨水的应用
CN106480437A (zh) 一种离子钯还原液、制备方法及一种非金属化学镀的方法
CN114602468B (zh) 催化还原处理航天推进剂生产污水的催化剂、装置及方法
CN205420000U (zh) 一种化学镀镍废水处理装置
CN221254661U (zh) 一种含钯废液反应罐

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant