[發(fā)明專利]一種用于處理染料廢水的球形光熱轉(zhuǎn)換材料

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• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112062196A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 袁保華;楊麗霞;陳厚;梁英;楊華偉;柏良久;魏東磊
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/28;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/30
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本發(fā)明屬于染料廢水處理領域，特別涉及一種用于處理染料廢水的球形光熱轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明以懸鈴木球果為原料，經(jīng)過碳化，制備了球形光熱轉(zhuǎn)換材料。這種光熱材料具有全向吸光性，補償了入射角效應；熱損失低；在低光照強度下，水蒸發(fā)速率仍保持在較高水平，因此更具實際應用價值。此外，這種光熱材料內(nèi)部具有分級的孔道結(jié)構，在太陽能驅(qū)動的水蒸發(fā)過程中，染料隨水傳輸至光熱材料內(nèi)并吸附在內(nèi)部孔道中，實現(xiàn)了較高的吸附容量；該材料無吸附選擇性；吸附容量不受pH影響。本發(fā)明以生物廢棄物為原料制備了球形光熱轉(zhuǎn)換材料，解決了二維光熱材料蒸發(fā)速率低以及傳統(tǒng)吸附材料面臨的一系列問題。該材料在染料廢水處理領域具有巨大的應用潛力。

技術領域

本發(fā)明涉及染料廢水處理領域，特別涉及一種用于處理染料廢水的球形光熱轉(zhuǎn)換材料。

背景技術

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，染料在造紙、皮革以及紡織行業(yè)得到了廣泛的應用。然而，在染色過程中，大部分染料沒有有效附著在材料的表面，而是隨未經(jīng)過妥善處理的溶液排放到水系統(tǒng)中，造成了嚴重的地表和地下水污染。即使毫克水平的染料仍然會對人體產(chǎn)生嚴重的危害，如使中樞神經(jīng)系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)發(fā)生紊亂。此外，水表層的染料以及漂浮物會產(chǎn)生難聞的氣味，而且阻礙植物光合作用所必需的光穿透水面，嚴重破壞著生態(tài)系統(tǒng)。因此，染料污水嚴重危害著人類健康和生態(tài)系統(tǒng)，逐漸成為人類社會亟需解決的重大問題。

太陽能驅(qū)動的水蒸發(fā)技術，利用光熱轉(zhuǎn)換材料吸收太陽光并轉(zhuǎn)換為熱能，使廢水中的水分不斷蒸發(fā)，而溶質(zhì)留在廢水中，同時解決了水污染與水短缺問題，因此成為一種有前景的環(huán)境友好型水處理技術。近年來，人們利用宏觀二維光熱轉(zhuǎn)換材料通過局域加熱材料界面處的水分，減小了熱損失，使得水蒸發(fā)性能逐漸提高。然而，由于二維光熱轉(zhuǎn)換材料的蒸發(fā)面積有限以及熱損失較大，限制了其進一步應用。在實際中，由于入射光不可能總是垂直于光熱轉(zhuǎn)換材料的表面，在較大的入射角度下，材料受輻射面積急劇減小，導致蒸發(fā)性能下降。因此，設計一種在給定投影面積下，具有較大蒸發(fā)面積且不受入射角效應影響的三維光熱轉(zhuǎn)換材料顯得尤為重要。然而，目前大部分三維光熱轉(zhuǎn)換材料是由多種無機有機組分復合而成，制作工藝復雜，難降解，成本高。因此，設計一種成本低且環(huán)境友好的一體化三維光熱轉(zhuǎn)換材料顯得尤為重要。

在眾多水處理技術中，吸附也是一種高效且廣泛應用的染料廢水處理技術。近年來，人們已經(jīng)研發(fā)出各種各樣具有高比表面積，較大吸附容量以及環(huán)境友好的吸附劑材料。然而，大多數(shù)的吸附劑尺寸較小，這些微米/納米尺寸的吸附劑材料的廣泛應用仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。例如，吸附劑材料從水中分離困難，殘留在水中的吸附劑材料對人類健康及生態(tài)系統(tǒng)有著潛在的威脅。此外，大多數(shù)的吸附劑表現(xiàn)出明顯的吸附選擇性，吸附容量易受pH值的影響，難以有效處理復雜條件下含多種成分的染料廢水。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，基于綠色化學的原則，本發(fā)明提供了一種用于處理染料廢水的球形光熱轉(zhuǎn)換材料。生物廢棄物懸鈴木球果經(jīng)過簡單的碳化后，可作為優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料用于染料廢水處理以及獲取清潔水。制備的球形光熱轉(zhuǎn)換材料具有全向吸光性以及優(yōu)異的水蒸發(fā)性能。此外，在太陽能驅(qū)動的水蒸發(fā)輔助下，該球形光熱轉(zhuǎn)換材料實現(xiàn)了較高的吸附容量；該吸附材料未表現(xiàn)出吸附選擇性；吸附容量不受溶液pH的影響。因此，該材料能夠有效應對復雜成分的廢水，有望解決染料廢水污染以及水資源短缺問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案如下：

以懸鈴木球果為原料，經(jīng)過簡單的碳化過程，得到球形光熱轉(zhuǎn)換材料。

優(yōu)選地，所述的懸鈴木球果為成熟的球果。

優(yōu)選地，所述的碳化過程是指在氮氣保護氣氛下，以2-10 ℃/min的升溫速率升溫至100-300 ℃，保溫1-4 h，然后以2-10 ℃/min的升溫速率升溫至400-800 ℃，保溫1-4 h，最后自然冷卻至室溫。

本發(fā)明同時提出了上述球形光熱轉(zhuǎn)換材料的應用。