[發明專利]一種采用聚苯硫醚廢棄物制備原位摻硫活性炭的方法及其應用

在審

• 申請號: 201711068896.7
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107777686A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 曾澤泉;郭耀萍;黃張根;李顯琳;崔燕;楊潔揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于一種活性炭技術領域，尤其涉及一種采用聚苯硫醚廢棄物制備原位摻硫活性炭的方法及其應用。

背景技術

目前，眾多研究證實碳基材料由于具有成本低、無污染、化學組成可調控性等優點，在廢水處理高級氧化技術中具有廣闊的使用前景。表現在碳基材料可以有效活化過硫酸鹽生成強氧化性地硫酸根自由基，進而高效氧化有機廢水中的難降解有機污染物質。顯著地，可通過摻雜雜原子和設計孔結構等手段提高碳材料的物理化學特性和過硫酸鹽催化活性。研究顯示，在活性炭上摻雜硫原子，可大大提高活性炭的催化活性，因為插入到碳晶格中的S原子將改變鄰近碳原子的自旋密度，打破sp2雜化碳的惰性，從而提高活性炭的催化活性。另外，S原子的插入使其產生更多的缺陷位，從而進一步提高活性炭催化活性。通常制備摻硫活性炭的方法有兩種，表面摻雜和原位摻雜。由于原位摻雜可將含硫官能團均勻分布在碳基質中，且避免了表面摻雜存在的孔道堵塞，比表面積減小，含硫官能團溶出等問題，越來越受到廣泛地關注。常規原位摻雜的方法，主要包括熱解離子液體、生物分子、聚合物，化學氣相沉積，火焰熱解等方法，其中熱解含硫聚合物被認為是最常用有效地方法。而目前所采用的聚合物往往是由其它相應化學試劑合成，存在成本高、操作復雜、條件苛刻、消耗時間長等缺點。考慮到聚苯硫醚由于其具有卓越的機械強度、熱穩定性、耐酸堿性，在工業生產中得到廣泛應用的同時伴隨產生大量的聚苯硫醚廢棄物，而聚苯硫醚具有難生物降解性，是一種潛在的環境污染物。若將聚苯硫醚廢棄物轉化生成活性炭，無疑是提高資源利用率的有效途徑。

截止目前，以聚苯硫醚作為硫源、碳源制備原位摻硫活性炭的未見相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種采用聚苯硫醚廢棄物制備原位摻硫活性炭的方法。

本發明的另一目的在于提供制備的原位摻硫活性炭在活化過硫酸鹽降解難降解有機廢水中有機污染物的應用。

針對現有技術中的不足，本發明采用如下技術方案：

一種采用聚苯硫醚廢棄物制備原位摻硫活性炭的方法，包括以下步驟：

(1)將作為碳源和硫源的聚苯硫醚廢棄物與活化劑混合均勻，置于氮氣氛圍中進行焙燒，在氮氣氛圍中自然冷卻，得到碳化樣品；

(2)用HCl洗滌碳化樣品，再用蒸餾水洗滌至上清液呈中性，將其干燥，得到原位摻硫活性炭。

優選的，所述活化劑為KOH、K₂CO₃、NaOH、Na₂CO₃中的一種或幾種。

優選的，所述聚苯硫醚廢棄物和活化劑的質量比為1：0.5–6。

優選的，步驟1)焙燒條件為：在氮氣氛圍中，以2–10℃/min的速度升溫到600–900℃，并在此溫度下保持0.5–3h，反應后在氮氣氛圍中自然冷卻至室溫。

優選的，步驟2)洗滌條件為：用5wt％–15wt％的HCl洗滌碳化樣品，再用蒸餾水洗滌至上清液呈中性后，將其在100–120℃的條件下干燥10–20h，得到原位摻硫活性炭。

上述制備的原位摻硫活性炭在活化過硫酸鹽降解難降解有機廢水中有機污染物的應用，包括如下步驟：

在常溫條件下，向廢水溶液中投加過硫酸鹽，使過硫酸鹽與有機污染物摩爾比為3–50：1，再向其中按0.05–0.15g/L投加原位摻硫活性炭作為催化劑，對水樣處理20min–210min，然后進行固液分離，處理過程即完成。

優選的，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉中的任意一種。

優選的，所述制備的原位摻硫活性炭適用于高濃度、難生物降解的農藥、煤化工、印染、造紙、制藥、化妝品等生產行業的有機廢水處理。

本發明的有益效果是：

本發明的制備方法操作簡便，成本低，反應條件易于控制；實現了廢物資源化利用，解決了聚苯硫醚廢棄物二次污染風險，資源化利用效率低等問題；制備得到原位摻硫活性炭具有比表面積大、硫含量高的特點，其中比表面積可達800m²/g–2800m²/g，硫含量可達3.3wt.％–19.4wt.％；制備得到原位摻硫活性炭具有高過硫酸鹽催化活性，可快速降解有機廢水中多種難降解有機物，在所選操作條件范圍內，濃度為100mg/L以內的有機物降解率可達80％-100％，因此具有潛在商業應用價值。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。

實施例1

一種采用聚苯硫醚廢棄物制備原位摻硫活性炭的方法，包括以下步驟：