[發(fā)明專利]以廢棄尿不濕為原材料合成非金屬碳催化劑的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811094226.7
• 申請(qǐng)日: 2018-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN109158123A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)鵬輝;秦家興;楊玲霞;范金辰;閔宇霖;徐群杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J27/24
• 分類號(hào): B01J27/24;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及以廢棄尿不濕為原材料合成非金屬碳催化劑的方法，具體操作步驟如下：經(jīng)過(guò)回收的廢棄尿不濕，取出內(nèi)部吸收嬰兒尿液的超吸水樹脂SAP，冷凍干燥后獲取到干燥的含氮顆粒，經(jīng)過(guò)800℃高溫碳化后，清水洗去殘留鈉鹽，收集到活性材料N?SAP800。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用以廢棄尿不濕為原材料制備非金屬碳催化劑，杜絕了金屬催化劑不可避免的金屬離子溶出，真正意義上做到了“零污染”，且以廢治污，變廢為寶，契合綠色化學(xué)的發(fā)展理念兼具實(shí)用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非金屬碳催化劑制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以廢棄尿不濕為原材料的非金屬碳催化劑及其合成和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著焦化、制藥、石化、印染、化工等行業(yè)的迅猛發(fā)展，含有各種難降解有機(jī)物的廢水引發(fā)的生態(tài)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。這些廢水中大部分含有多環(huán)芳烴、鹵代烴、雜環(huán)類化合物、有機(jī)農(nóng)藥等有毒難降解的有機(jī)污染物。這些污染物成分復(fù)雜，毒性大，一旦排入環(huán)境將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康安全造成極大影響，然而傳統(tǒng)的生物化學(xué)方法很難處理這些難降解有機(jī)物。對(duì)此類難降解有機(jī)廢水的處理，一直是近幾年水處理領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

針對(duì)此問(wèn)題，高級(jí)氧化技術(shù)作為一種高效處理工藝得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。其中，基于羥基自由基的芬頓法去除水中的難降解有機(jī)物表現(xiàn)出很高的效率。近年來(lái)，基于硫酸根自由基的新型高級(jí)氧化技術(shù)由于在降解水中持久性有機(jī)污染物上表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢(shì)引發(fā)了越來(lái)越多科研人員的研究興趣硫酸根自由基具有高的氧化還原電位(2.5～3.1V)，并且與大多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)以近擴(kuò)散控制速率的速度發(fā)生氧化反應(yīng)。同時(shí)，過(guò)硫酸鹽多為固態(tài)，易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在環(huán)境中相對(duì)較穩(wěn)定，水溶性較好，因此在實(shí)際應(yīng)用中，其相對(duì)于其他的氧化劑具有明顯的優(yōu)勢(shì)。單過(guò)硫酸鹽(PMS)、過(guò)二硫酸鹽(PS)等常用于產(chǎn)生硫酸根自由基。由于過(guò)硫酸鹽的顯著優(yōu)點(diǎn)，在地下水和土壤的原位化學(xué)修復(fù)及去除難降解有機(jī)物的應(yīng)用上，過(guò)硫酸鹽新型高級(jí)氧化技術(shù)受到更多重視。

目前，過(guò)硫酸鹽新型高級(jí)氧化技術(shù)使用的催化劑分為兩大類：一類是傳統(tǒng)的金屬氧化物(Fe₃O₄、CuO、Co₃O₄、MnO₂)催化劑，另一類是以碳納米管、碳纖維、富勒烯、氧化石墨烯為代表的新型碳材料。研究表明新型碳材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，在環(huán)境污染物治理領(lǐng)域展示了良好的性能。近年來(lái)對(duì)石墨烯及類石墨烯材料的環(huán)境應(yīng)用研究也越來(lái)越多，比如：研究了氧化石墨烯復(fù)合材料光催化降解有機(jī)物的效果；使用改性氧化石墨烯作為吸附劑，用于環(huán)境污染物的去除和痕量污染物的富集分析也被多次報(bào)道。氧化石墨烯優(yōu)異的電子傳遞能力，豐富的功能基團(tuán)和表面及邊緣的缺陷結(jié)構(gòu)使其在光催化、化學(xué)催化氧化中的應(yīng)用前景廣闊。而通過(guò)對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾，如非金屬元素氮、磷、硫的摻雜，和金屬氧化物形成復(fù)合材料更是拓寬了該材料的應(yīng)用。氮摻雜氧化石墨烯后，其對(duì)BPA的吸附容量與其活化過(guò)硫酸鹽降解BPA的反應(yīng)速率常數(shù)較于普通氧化石墨烯有很大的提高，降解效率顯著提高。但是石墨烯材料由于其繁瑣制備過(guò)程帶來(lái)生產(chǎn)成本的提高尚未得到解決，難以在環(huán)境治理方面廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種以廢棄尿不濕為原材料合成非金屬碳催化劑的方法，主要是通過(guò)尋找一種高效無(wú)污染且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的催化劑來(lái)代替石墨烯類催化劑在高級(jí)氧化技術(shù)上的應(yīng)用，以該氮摻雜多孔碳材料為催化劑,過(guò)硫酸鹽為氧化劑,催化形成高活性的含氧物種,對(duì)水體中常見有機(jī)污染物展現(xiàn)出優(yōu)異的降解效果，出水水質(zhì)澄清透明。同時(shí)巧妙的運(yùn)用嬰兒廢棄尿不濕中的高分子樹脂為碳源，嬰兒尿液中大量的含氮物質(zhì)為氮源合成的催化劑，以廢治污，綠色環(huán)保。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的目的之一在于提出了一種以廢棄尿不濕為原材料合成非金屬碳催化劑的方法，以廢棄尿不濕為原料，取出其中吸收嬰兒尿液的高吸水樹脂SAP，高溫碳化，水洗，干燥，得到活性材料N-SAP800，即為目的產(chǎn)物非金屬碳催化劑。

進(jìn)一步的，高溫碳化的工藝條件為：在800℃下處理3h。