CN113289655B - 调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，包括以下步骤：1)酚钠液中加入酰氯，搅拌，得上层富含酯基的酚液1；2)向酚钠液中加入酸液，混合得上层酚液2；3)向酚液2加入强氧化剂，得到富含醌基的酚液3；4)将酚液1和酚液3混合均匀，烘干脱水，得到酚液4；5)酚液4升温至600℃～630℃，焙烧，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；用去离子水洗至中性，干燥，得到成品。优点是：以酚钠液为原料，实现低值副产物再利用，原料价格低廉；酚钠液中含有化合物种类多，以其为原料制备的碳材料中含有丰富的含氧、含氮表面官能团，可使其具备优秀的催化性能。

Description

调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法
技术领域
本发明属于丰富表面官能团催化碳材料制备技术领域，尤其涉及一种调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法。
背景技术
煤化工废水中含有大量的酚类物质，且占有机物含量的73.1％。常用萃取法吸附法对水中酚类物质进行富集回收，再通过碱液对萃取剂和吸附剂再生循环利用，同时产生酚钠液。因此酚钠液含有丰富的酚类、苯类和多环芳烃类物质，同时其具有很强的污染性和危害性。传统利用酚钠液的方法是将其酸化后回收粗酚，进入煤焦油加工工艺进行处理。但是由于酚钠液具有危害性，运输和销售受到严格管控，且污水处理所得到的酚钠液含水率高，纯度低，杂质多，可利用的途径很少，导致没有焦油加工工艺段的企业，酚钠液的处置成为了难题。因此，酚钠液的简单再利用对企业解决酚钠液处理难的问题具有重要意义。
碳材料可作为稳定的催化湿式过氧化氢氧化技术中的催化剂，且催化性受碳材料表面官能团的影响。表面官能团包括羟基，羧基，酯基和醌基及含氮官能团。而酚钠液中含有丰富的酚类并提供大量的羟基，通过酯化和氧化手段，调控部分羟基转化为羧基、酯基和醌基。此外，酚钠液中还含有吲哚，咔唑，喹啉等含氮有机物，可为碳材料提供丰富氮元素，用其制备成碳材料的先关研究并未见相关报道。所以，经过调控后的酚钠液是制备丰富表面官能团催化碳材料的优良原料。在解决酚钠液处置难的问题，并资源化利用，具有良好的实际意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，该方法以酚钠液为原料，通过控制酯化和氧化条件构建官能团，制备出具有良好催化性能的碳材料；丰富表面官能团催化碳材料对废水中的有机物具有良好的降解和去除作用，降低废水处理成本。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，包括以下步骤：
1)酚钠液中加入酰氯，搅拌反应1～12h后静置分离，得上层富含酯基的酚液1；
2)向酚钠液中加入酸液，充分混合直到酚钠液pH＜3，静置分离得上层酚液2；
3)向酚液2加入强氧化剂，搅拌反应3～6h，得到富含醌基的酚液3；
4)将酚液1和酚液3混合均匀，在80～90℃进行烘干脱水，得到含水率在0.5％～5％的酚液4；
5)酚液4在氮气保护下，以3℃～5℃/min的速率升温至600℃～630℃，焙烧4～6h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
6)将催化碳材料粗品用去离子水洗至中性，再于烘箱中80℃～110℃干燥3～5h，得到丰富表面官能团的催化碳材料。
所述的酚钠液为煤化工废水萃取脱酚处理过程中产生的中间产物。
步骤4)中酚液1和酚液3的质量比为0.5～2:1。
步骤1)所述的酰氯浓度为0.01～3mol/L。
所述的强氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、高铁酸钾中的一种或两种以上，浓度为0.01～5mol/L。
所述的酸液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种。
所述的酸液的质量浓度为50％～98％。
步骤2)中所述的酸液的加入量为酚钠液质量的10％～50％。
步骤6)获得的丰富表面官能团的催化碳材料作为湿式过氧化氢氧化催化剂，对废水的COD去除率为50％～80％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法以酚钠液为原料，一方面属于低值副产物再利用，原料价格低廉；另一方面，酚钠液中含有化合物种类多，以其为原料制备的碳材料中含有丰富的含氧、含氮表面官能团，可使其具备优秀的催化性能。通过酯化和氧化处理，调控材料含氧官能团的种类和比例，制备出具有良好催化性能的碳材料，提升其在废水处理中催化氧化性能。该方法工艺简单、成本较低、环境友好。为酚钠液的重复利用提供新的方向。丰富表面官能团催化碳材料在催化氧化处理废水方面作为催化剂，对废水中的有机物具有良好的降解和去除作用。使用该低成本催化剂，降低了废水处理成本。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，包括以下步骤：
1)酚钠液中加入酰氯，搅拌反应1～12h后静置分离，得上层富含酯基的酚液1；酰氯浓度为0.01～3mol/L。
2)向酚钠液中加入酸液，酸液的加入量为酚钠液质量的10％～50％，充分混合直到酚钠液pH＜3，静置分离得上层酚液2；其中，酚钠液为煤化工废水萃取脱酚处理过程中产生的中间产物；酸液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种，酸液的质量浓度为50％～98％。
3)向酚液2加入强氧化剂，搅拌反应3～6h，得到富含醌基的酚液3；强氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、高铁酸钾中的一种或两种以上，浓度为0.01～5mol/L。
4)将酚液1和酚液3混合均匀，在80～90℃进行烘干脱水，得到含水率在0.5％～5％的酚液4；酚液1和酚液3的质量比为(0.5～2):1。
5)酚液4在氮气保护下，以3℃/min的速率升温至600℃，焙烧4h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
5)酚液4在氮气保护下，以3℃～5℃/min的速率升温至600℃～630℃，焙烧4～6h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
6)将催化碳材料粗品用去离子水洗至中性，再于烘箱中80℃～110℃干燥3～5h，得到丰富表面官能团的催化碳材料。
丰富表面官能团的催化碳材料作为湿式过氧化氢氧化催化剂，加入量为废水质量的0.5％～2％，双氧水加入量为废水质量0.01～0.05％，室温常压条件下反应60～120min。对废水的COD去除率为50％～80％。
实施例中所使用双氧水的质量浓度为27.5～30％。所使用的酚钠液来自于新疆某兰炭厂。所使用的废水来自于陕西和内蒙古焦化厂生化二沉池出水。
实施例1
调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，包括以下步骤：
1)取200ml酚钠液中加入0.1mol酰氯，搅拌反应6h后静置分离，得上层110ml富含酯基酚液1；
2)取200ml酚钠液中加入浓硫酸，充分混合直到酚钠液pH＜3，静置分离得上层120ml酚液2；
3)向酚液2加入0.3mol重铬酸钾，搅拌反应3h，得到富含醌基的酚液3；
4)将酚液1和酚液3进行混合均匀，在85℃进行烘干脱水，得到含水率在0.8％的酚液4；
5)将酚液4在氮气保护下，以3℃/min的速率升温至600℃，焙烧4h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
6)将催化碳材料粗品用去离子水洗至中性，再于烘箱中110℃干燥3h，得到丰富表面官能团的催化碳材料。
性能测试
采用程序升温脱附-质谱(TPD-MS)以及X射线光电子能谱(XPS)测定污泥炭样品表面的含氧基团，制备的催化碳材料具有丰富的羟基、酯基、羧基和醌基，并含有一定量的氮元素。
丰富表面官能团的催化碳材料应用在催化氧化处理废水方面：取陕西某焦化厂生化二沉池出水200g，采用国标法分析COD浓度为175mg/L，催化碳材料加入1.2g，质量浓度为27.5％的双氧水加入量为0.2g，温常压条件下反应80min。过滤出水进行检测COD浓度为62.5mg/L，COD去除率为64.3％。
实施例2
调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，包括以下步骤：
1)取200ml酚钠液中加入0.15mol酰氯，搅拌反应8h后静置分离，得上层120ml富含酯基酚液1；
2)取200ml酚钠液中加入浓硫酸，充分混合直到酚钠液pH＜3，静置分离得上层120ml酚液2；
3)向酚液2加入0.3mol重铬酸钾，搅拌反应3h，得到富含醌基的酚液3；
4)将酚液1和酚液3进行混合均匀，在90℃进行烘干脱水，得到含水率在0.5％的酚液4；
5)将酚液4在氮气保护下，以3℃/min的速率升温至600℃，焙烧4h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
6)将步骤5)得到的碳材料粗品用去离子水洗至中性，再于烘箱中110℃干燥3h，得到丰富表面官能团的催化碳材料。
性能测试
采用程序升温脱附-质谱(TPD-MS)以及X射线光电子能谱(XPS)测定污泥炭样品表面的含氧基团，制备的催化碳材料具有丰富的羟基、酯基、羧基和醌基，并含有一定量的氮元素。
丰富表面官能团的催化碳材料应用在催化氧化处理废水方面：取内蒙古某焦化厂生化二沉池出水200g，采用国标法分析COD浓度为110mg/L，催化碳材料加入0.8g，质量浓度为27.5％的双氧水加入量为0.1g，温常压条件下反应60min。过滤出水进行检测COD浓度为35.5mg/L，COD去除率为67.7％。

Claims (5)

1.调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）向一份酚钠液中加入酰氯，搅拌反应1~12h后静置分离，得上层富含酯基的酚液1；所述的酰氯浓度为0.01~3mol/L；
2）向另一份酚钠液中加入酸液，充分混合直到酚钠液pH＜3，静置分离得上层酚液2；
3）向酚液2加入强氧化剂，搅拌反应3~6h，得到富含醌基的酚液3；所述的强氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、高铁酸钾中的一种或两种以上，浓度为0.01~5mol/L；
4）将酚液1和酚液3混合均匀，在80~90℃进行烘干脱水，得到含水率在0.5%~5%的酚液4；酚液1和酚液3的质量比为0.5~2:1；
5）酚液4在氮气保护下，以3℃~5℃/min的速率升温至600℃~630℃，焙烧4~6h，得到丰富表面官能团的催化碳材料粗品；
6）将催化碳材料粗品用去离子水洗至中性，再于烘箱中80℃~110℃干燥3~5h，得到丰富表面官能团的催化碳材料；
所述的酚钠液为煤化工废水萃取脱酚处理过程中产生的中间产物。
2.根据权利要求1所述的调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，其特征在于，所述的酸液为硫酸、盐酸、硝酸中的一种。
3.根据权利要求1所述的调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，其特征在于，所述的酸液的质量浓度为50%~98%。
4.根据权利要求1所述的调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，其特征在于，步骤2）中所述的酸液的加入量为酚钠液质量的10%~50%。
5.根据权利要求1所述的调控酚钠液制备丰富表面官能团催化碳材料的方法，其特征在于，步骤6）获得的丰富表面官能团的催化碳材料作为湿式过氧化氢氧化催化剂，对废水的COD去除率为50%~80%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105600769A (zh) * 2016-01-29 2016-05-25 陕西科技大学 生物质柚子皮衍生表面官能团层状碳材料的制备方法
CN107473311A (zh) * 2017-08-25 2017-12-15 中国科学院过程工程研究所 一种煤气化废水的资源化处理方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105600769A (zh) * 2016-01-29 2016-05-25 陕西科技大学 生物质柚子皮衍生表面官能团层状碳材料的制备方法
CN107473311A (zh) * 2017-08-25 2017-12-15 中国科学院过程工程研究所 一种煤气化废水的资源化处理方法

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