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以功能化碳纳米管为催化剂的臭氧化水处理方法

发布时间:2018-9-1 21:33:28  中国污水处理工程网

  申请日2011.12.06

  公开(公告)日2012.06.27

  IPC分类号B01J23/04; C02F1/78

  摘要

  功能化碳纳米管在环境催化和水处理领域引起广泛关注,其关键是赋予具备表面催化活性。本发明的目的是通过简便的碱处理步骤,使碳纳米管表面增加活性基团,具备催化臭氧化功能,并提供其作为臭氧化催化剂的使用方法。经过碱处理的碳纳米管,基本结构、尺度形貌、机械性能保持良好,催化活性得到一定程度的提高,在水中可分离性良好,具有广阔的应用前景。

  权利要求书

  1.一种以功能化碳纳米管作为催化剂的臭氧化水处理方法,其特征在于在臭氧化水 处理的体系中加入功能化碳纳米管作为催化剂,促进苯酚类有机污染物的降解,步骤 为:

  (1)功能化碳纳米管的制备:将碳纳米管样品置于浓氢氧化钠水溶液中,常温下搅拌 3-24h,然后离心分离,将碳管用去离子水反复洗涤,直至其洗涤后上层清液变为中性, 分离后空气气氛下烘干,得到功能化碳纳米管样品;

  (2)臭氧化水处理:将得到的功能化碳纳米管样品作为催化剂加入到臭氧化水处理体 系中,通入臭氧,同时开动搅拌、降解水中有机污染物;

  (3)功能化碳纳米管样品的回收:臭氧化处理完毕,通过静置、离心或过滤,将碳纳 米管从水溶液中分离出来,用于下一次的催化过程。

  2.根据权利要求1所述的以功能化碳纳米管作为催化剂的臭氧化水处理方法,功能化 碳纳米管的制备中,氢氧化钠的浓度为5-10mol/L,碳纳米管与氢氧化钠水溶液的质量 比为0.01-0.1。

  3.根据权利要求1所述的以功能化碳纳米管作为催化剂的臭氧化水处理方法,添加催 化剂的量与所处理废水的质量之比为0.001。

  说明书

  一种以功能化碳纳米管为催化剂的臭氧化水处理方法

  技术领域

  本发明属于水处理和环境催化领域,涉及一种以功能化碳纳米管作为催化剂的臭 氧化水处理方法。

  背景技术

  碳纳米管是由片状石墨卷曲而成,六元环的分子结构沿着管状表面排布,决定了 碳纳米管的金属性或半导体性,也造成了碳纳米管内外环境的差异。因为其独特的性 质,自从1991年发现以来,碳纳米管就成为科学家研究的热点。为了发现或发展新的 现象、材料、理论,人们对碳纳米管的研究通常采用三种途径:其一是在碳纳米管的 π共轭骨架上进行化学功能团的共价组装;其二是在碳纳米管上进行功能分子的非共 价吸附或包覆;第三是在碳纳米管的内部空间内进行功能化合物填充或组装。

  近年来,将碳纳米管作为催化剂载体,在其表面进行活性组分的负载或包覆处理、 进而制备得到催化剂的方法已有大量报道,比如碳纳米管负载的金属或金属氧化物; 将碳纳米管作为内部空间内进行功能化合物填充或组装,制备获得高效催化剂的报道 也逐渐增多,比如碳纳米管内部填充的金属或金属氧化物。然而,脱离金属组分、直 接对碳纳米管表面进行功能化的报道还很少。碳纳米管本身具有较大的比表面积,在 水中机械强度大、易分离,如果其表面经过功能化后具有了催化活性基团,在催化剂 领域的应用前景同样值得期待。

  水环境问题作为全球的重大问题日益引起人们重视,纳米催化剂在环境保护中具 有广阔的应用前景,其中一个重要领域是含有机污染物废水的催化降解处理。催化臭 氧化是利用催化剂在常温常压下强化臭氧氧化的高级氧化降解过程,其中多相催化备 受青睐。

  碳纳米管在臭氧化水处理领域引起了科学家的广泛关注,人们先后采取多种方法 赋予碳管表面活性组分,比如负载金属氧化物,比如采取氢化还原等。然而上述方法, 均需要比较繁琐的处理操作环节。本发明试图提出一种简便的处理方案,使碳纳米管 实现催化功能化,进而提出其在臭氧化水处理中的使用方法。

  发明内容

  本发明的目的是通过简便的碱处理步骤,使碳纳米管表面增加活性基团,具备催 化臭氧化功能,并提供其作为臭氧化催化剂的使用方法。本发明的目的可以通过以下 技术方案实现:

  (1)功能化碳纳米管的制备:将碳纳米管样品置于浓氢氧化钠水溶液中,常温下 搅拌3-24h,然后离心分离,将碳管用去离子水反复洗涤,直至其洗涤后上层清液变 为中性,分离后空气气氛下烘干,得到功能化碳纳米管样品;

  (2)臭氧化水处理:将得到的功能化碳纳米管样品作为催化剂加入到臭氧化水处 理体系中,通入臭氧,同时开动搅拌、降解水中有机污染物;

  (3)功能化碳纳米管样品的回收:臭氧化处理完毕,通过静置、离心或过滤,将 碳纳米管从水溶液中分离出来,用于下一次的催化过程。

  在实验过程中,我们发现氢氧化钠的浓度为5-10mol/L时、碳纳米管与氢氧化钠 水溶液的质量比为0.01-0.1时功能化处理效果较好,所得纳米催化剂的量与所处理废 水的质量之比为0.001、反应温度在室温时即可达到较好的催化效果。

  本发明的有益效果:采用碱性水溶液环境常温下处理碳纳米管,得到功能化的碳 纳米管催化剂,将这些碳纳米管作为催化剂后,在相同的臭氧投入量,催化剂量,反 应温度下,对污水中有机污染物的降解速率均有所加快,矿化程度有所提高。与现有 处理方法相比较,本发明提出的水处理方法具有显著的特点:

  (1)功能化碳纳米管的制备方法操作简单,合成过程周期短,常温完成,无毒无 污染。

  (2)功能化碳纳米管尺度较小,在水中具有良好的分散性,有利于提高与臭氧、 水中污染物的接触。因此在使用过程中,较小的投入量即可取得较好的催化效果。

  (3)功能化碳纳米管具有较好的机械强度,在催化臭氧化条件下具有较好的稳定 性,相比纳米颗粒,碳纳米管较易分离、多次重复使用,这对于其进行实际应用。

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