[發(fā)明專利]一種以功能化碳納米管為催化劑的臭氧化水處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110399304.6
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102515338A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董玉明;王光麗;蔣平平;孫軍;沈海亮;孫云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78;B01J23/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理和環(huán)境催化領(lǐng)域，涉及一種以功能化碳納米管作為催化劑的臭氧化水處理方法。

背景技術(shù)

碳納米管是由片狀石墨卷曲而成，六元環(huán)的分子結(jié)構(gòu)沿著管狀表面排布，決定了碳納米管的金屬性或半導(dǎo)體性，也造成了碳納米管內(nèi)外環(huán)境的差異。因?yàn)槠洫?dú)特的性質(zhì)，自從1991年發(fā)現(xiàn)以來，碳納米管就成為科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。為了發(fā)現(xiàn)或發(fā)展新的現(xiàn)象、材料、理論，人們對碳納米管的研究通常采用三種途徑：其一是在碳納米管的π共軛骨架上進(jìn)行化學(xué)功能團(tuán)的共價組裝；其二是在碳納米管上進(jìn)行功能分子的非共價吸附或包覆；第三是在碳納米管的內(nèi)部空間內(nèi)進(jìn)行功能化合物填充或組裝。

近年來，將碳納米管作為催化劑載體，在其表面進(jìn)行活性組分的負(fù)載或包覆處理、進(jìn)而制備得到催化劑的方法已有大量報(bào)道，比如碳納米管負(fù)載的金屬或金屬氧化物；將碳納米管作為內(nèi)部空間內(nèi)進(jìn)行功能化合物填充或組裝，制備獲得高效催化劑的報(bào)道也逐漸增多，比如碳納米管內(nèi)部填充的金屬或金屬氧化物。然而，脫離金屬組分、直接對碳納米管表面進(jìn)行功能化的報(bào)道還很少。碳納米管本身具有較大的比表面積，在水中機(jī)械強(qiáng)度大、易分離，如果其表面經(jīng)過功能化后具有了催化活性基團(tuán)，在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用前景同樣值得期待。

水環(huán)境問題作為全球的重大問題日益引起人們重視，納米催化劑在環(huán)境保護(hù)中具有廣闊的應(yīng)用前景，其中一個重要領(lǐng)域是含有機(jī)污染物廢水的催化降解處理。催化臭氧化是利用催化劑在常溫常壓下強(qiáng)化臭氧氧化的高級氧化降解過程，其中多相催化備受青睞。

碳納米管在臭氧化水處理領(lǐng)域引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注，人們先后采取多種方法賦予碳管表面活性組分，比如負(fù)載金屬氧化物，比如采取氫化還原等。然而上述方法，均需要比較繁瑣的處理操作環(huán)節(jié)。本發(fā)明試圖提出一種簡便的處理方案，使碳納米管實(shí)現(xiàn)催化功能化，進(jìn)而提出其在臭氧化水處理中的使用方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過簡便的堿處理步驟，使碳納米管表面增加活性基團(tuán)，具備催化臭氧化功能，并提供其作為臭氧化催化劑的使用方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

(1)功能化碳納米管的制備：將碳納米管樣品置于濃氫氧化鈉水溶液中，常溫下攪拌3-24h，然后離心分離，將碳管用去離子水反復(fù)洗滌，直至其洗滌后上層清液變?yōu)橹行?，分離后空氣氣氛下烘干，得到功能化碳納米管樣品；

(2)臭氧化水處理：將得到的功能化碳納米管樣品作為催化劑加入到臭氧化水處理體系中，通入臭氧，同時開動攪拌、降解水中有機(jī)污染物；

(3)功能化碳納米管樣品的回收：臭氧化處理完畢，通過靜置、離心或過濾，將碳納米管從水溶液中分離出來，用于下一次的催化過程。

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉的濃度為5-10mol/L時、碳納米管與氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量比為0.01-0.1時功能化處理效果較好，所得納米催化劑的量與所處理廢水的質(zhì)量之比為0.001、反應(yīng)溫度在室溫時即可達(dá)到較好的催化效果。

本發(fā)明的有益效果：采用堿性水溶液環(huán)境常溫下處理碳納米管，得到功能化的碳納米管催化劑，將這些碳納米管作為催化劑后，在相同的臭氧投入量，催化劑量，反應(yīng)溫度下，對污水中有機(jī)污染物的降解速率均有所加快，礦化程度有所提高。與現(xiàn)有處理方法相比較，本發(fā)明提出的水處理方法具有顯著的特點(diǎn)：

(1)功能化碳納米管的制備方法操作簡單，合成過程周期短，常溫完成，無毒無污染。

(2)功能化碳納米管尺度較小，在水中具有良好的分散性，有利于提高與臭氧、水中污染物的接觸。因此在使用過程中，較小的投入量即可取得較好的催化效果。

(3)功能化碳納米管具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，在催化臭氧化條件下具有較好的穩(wěn)定性，相比納米顆粒，碳納米管較易分離、多次重復(fù)使用，這對于其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所得產(chǎn)品的TEM照片；

圖2中分別為單獨(dú)臭氧化(無催化劑)、實(shí)例2中功能化碳納米管(樣品2)催化臭氧化、實(shí)例3中功能化碳納米管(樣品3)催化臭氧化下苯酚的降解情況；

圖3中分別為單獨(dú)臭氧化(無催化劑)、實(shí)例3中功能化碳納米管(樣品3)催化臭氧化、實(shí)例4中功能化碳納米管(樣品4)催化臭氧化催化臭氧化下苯酚的降解情況；

圖4中分別為單獨(dú)臭氧化(無催化劑)、實(shí)例5中功能化碳納米管(樣品5)催化臭氧化、實(shí)例6中功能化碳納米管(樣品6)催化臭氧化下苯酚的降解情況。

具體實(shí)施方式

為了更具體的說明本發(fā)明的方法，下面給出本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于此。

實(shí)施例1