[發(fā)明專利]一種植物基催化柱的制備方法及其在水處理中的應(yīng)用

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• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN111992250A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建友;趙博武
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J23/50;B01J23/44;B01J23/52;B01J23/89;B01J21/06;B82Y30/00;B82Y40/00;B01J35/02;B01J37/34;B01J37/12;B01J37/16;B01J35/10;C02F1/30
• 代理公司: 北京沁優(yōu)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11684
• 代理人: 胡妍

本發(fā)明提供一種植物基催化柱的制備方法，包括以下步驟：S1：將植物部分器官從植物體上收割下來，剝?nèi)ネ馄ぃ懈畛伤栊螤睿瑢⑵渲糜?0?100℃熱水中浸泡20?300min，再用清水清洗后，通風(fēng)陰涼處風(fēng)干，得到植物原料；S2：配制0.01?10mol/L的金屬離子溶液，將植物原料置于上述金屬離子溶液中，一并置于太陽光下晾曬后，用清水清洗，在自然條件下風(fēng)干，得到負(fù)載有納米催化劑的植物基催化劑；S3：將負(fù)載有納米催化劑的植物基催化劑以直接放入、擠壓成型或推積成型的方式放入外柱內(nèi)，制得直徑為1cm?100cm的催化柱。本發(fā)明制得的催化柱可實現(xiàn)對水中污染物的高效、連續(xù)催化降解，并解決納米催化劑難以回收再利用問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種植物基催化柱的制備方法及其在水處理中的應(yīng)用，屬于環(huán)境功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

催化劑是化學(xué)反應(yīng)工程中必不可少的一種助劑，它能大大縮短反應(yīng)進(jìn)行的時間，提高生產(chǎn)效率。納米催化劑是具有納米級外觀尺寸和較高比表面積的催化劑，具有良好的催化性能。但納米催化劑由于自身特點，在使用過程中易團(tuán)聚、反應(yīng)結(jié)束后通常需要靠離心和過濾等操作與產(chǎn)物進(jìn)行分離。此外，在催化降解水中污染物時，納米材料還易對水體造成二次污染，其對水生動物和人體亦存在潛在污染，限制了納米材料的單獨使用范圍。負(fù)載型催化劑是把催化劑固定在合適載體上的一類催化劑。在催化反應(yīng)時，催化劑連同載體與反應(yīng)物和產(chǎn)物并存，反應(yīng)結(jié)束后更易與產(chǎn)物分離、解決了上述非負(fù)載型催化劑存在的問題。

催化膜是目前為較新型的載體型催化劑之一，膜作為催化劑的載體，其存在的類指狀孔、類海綿孔等多孔結(jié)構(gòu)為催化劑的負(fù)載提供了較大的空間，并為反應(yīng)物與催化劑的接觸提供了較多的活性位點和較為充足的反應(yīng)時間。但催化膜所需的膜材料多為以聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇和聚乳酸為原料的有機膜或以氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、碳化硅等為原料的無機陶瓷膜。前者的原料成本高昂，后者需要高溫?zé)Y(jié)制備工藝大大的增加了能耗成本，因此研究開發(fā)一種新型、價格低廉的催化劑載體做為兩類主流材料的替代品勢在必行。

植物基材料是以植物的某個器官為原料的一種天然多孔材料，無需人工制造孔隙結(jié)構(gòu)、主要利用植物在成長過程中水、養(yǎng)分及無機鹽運輸通道經(jīng)自然風(fēng)干后形成天然多孔結(jié)構(gòu)。此外，該材料在一定程度上具有耐酸、耐堿和耐鹽的性能，長期使用后還可以在天然條件下進(jìn)行降解、降低了載體材料對環(huán)境造成的影響。因此，植物基材料是一種理想的新型催化載體。近年來，采用植物體部分器官制成生物質(zhì)碳再制備成負(fù)載型催化劑已成為研究者們研究的新熱點。中國專利CN201911022690.X公開了一種用于水處理的生物質(zhì)碳基雙金屬催化劑的制備方法及應(yīng)用，該專利將海藻酸鈉凝膠滴入Cu(NO₃)₂與FeCl₂的混合溶液中形成凝膠珠，對其進(jìn)行酸洗后再冷凍干燥、再于高溫下進(jìn)行焙燒碳化，最終制得碳-氣凝膠雙金屬催化劑。中國專利CN201911424475.2公開了一種以生物質(zhì)活性炭為載體的金納米花的催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該專利以廢棄柚子皮制備成多孔活性炭載體，以金納米花為催化活性組分，抗壞血酸為還原劑將活性組分前驅(qū)體溶液還原成金納米花膠體溶液，并將多孔活性炭載體浸漬于活性組分膠體溶液中，經(jīng)干燥得到重整制氫催化劑。上述專利均需要焙燒碳化、外加還原劑輔助等復(fù)雜的制備工藝，與節(jié)能低碳的環(huán)保主流趨勢不符。因此，研發(fā)出一種普適性強、可室溫條件下制備，無需外加還原劑制備植物基催化柱的方法，有望解決上述問題且可能在水處理領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的第一目的在于提供一種植物基催化柱的制備方法。

本發(fā)明的第二目的在于提供上述方法制備的植物基催化柱在水處理中的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種植物基催化柱的制備方法，包括以下步驟：

S1：植物原料的預(yù)處理

S1.1：將植物部分器官從植物體上收割下來，剝?nèi)ネ馄ぃ懈畛伤栊螤睿?/p>