[發明專利]一種煤矸石原位碳活化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110101600.7
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112915990B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 孫志明;李春全;鄭水林
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J27/02;B01J31/02;B01J31/04;B01J37/06;B01J37/08;C02F9/04;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/32
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種煤矸石原位碳活化材料及其制備方法和應用，屬于催化材料技術領域。本發明提供了一種煤矸石原位碳活化材料的制備方法，包括以下步驟：對煤矸石依次進行機械活化、化學活化、煅燒和官能團嫁接處理，得到煤矸石原位碳活化材料；所述煅燒的氣氛為惰性氣氛；所述官能團嫁接處理中的官能團為羥基、巰基、氨基、羧基、磺酸基和酰胺基中的至少一種。實施例的結果顯示，采用本發明提供的制備方法制備的煤矸石原位碳活化材料在添加量為0.5g/L時，對苯酚(25mg/L)10min的降解率超過87％，對萘(10mg/L)10min的降解率超過85％。

技術領域

本發明涉及催化材料技術領域，尤其涉及一種煤矸石原位碳活化材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，涉煤產業聚集區的污染問題受到了廣泛關注。在煤炭產業聚集區，煤炭開采、洗選加工、發電、煉焦、煤氣化和廢棄物堆放等過程中都會產生煤矸石等固廢，同時伴隨著對場地、地表水以及地下水的嚴重污染。尤其是多環芳烴類有機污染物，包括酚、萘、菲、蒽、苯并芘等，對產業區域生態環境造成嚴重破壞。因此，對涉煤產業聚集區典型污染場地土壤及地下水中有機污染物的治理修復迫在眉睫。

目前現有的有機物凈化處理技術如吸附、膜過濾、化學氧化、生物處理等都有各自的局限性，高級氧化技術因其高效、徹底、適用范圍廣、無二次污染等優點，近年來備受科研工作者關注，尤其是過硫酸鹽活化催化技術，是近十多年來興起的一種快速有效降解水體及場地污染物的前沿技術。過硫酸鹽被活化后會產生強氧化性硫酸根自由基(SO₄^·-)，其標準氧化還原電位(E₀＝+2.5～+3.1V)高于羥基自由基(·OH)(E₀＝+1.8～+2.7V)，且具備更長的半衰期(30～40μs，·OH的半衰期為1μs)，因而可以極大地延長與目標污染物的持續作用時間，促進目標污染物的深度礦化。但目前來說，過硫酸鹽在單一的熱、電、聲、光條件下活化效率不高；而過渡金屬離子(Co²⁺、Ce³⁺、Ag⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ni²⁺、Ru³⁺、Mn²⁺等)或過渡金屬氧化物(MnO₂、Co₃O₄、Fe₃O₄、ZnFe₂O₄等)在活化過硫酸鹽過程中則會引入或浸出金屬離子，從而對環境水體或場地造成二次污染；N摻雜石墨烯、N摻雜C納米管、N摻雜生物炭等碳基材料則面臨著能耗高、成本高、制備復雜、效率不高等問題，因而限制了其在水體及場地治理中的大規模應用。例如，中國專利CN201510074018.0公開了一種利用鈷摻雜磁性氧化還原石墨烯協同過硫酸鹽去除水中內分泌干擾物的方法，中國專利CN201710301211.2公開了一種利用鐵硫負載多壁碳納米管強化過硫酸鹽去除水中酚類物質的方法，中國專利CN201810234261.8公開了一種利用碳基磁性金屬復合材料催化激活過硫酸鹽去除水中內分泌干擾物的方法，中國專利CN202010238748.0公開了一種有序介孔碳活化過硫酸鹽降解污水中磺胺類抗生素的方法。上述碳基過硫酸鹽活化材料原料成本昂貴，制備繁瑣，而且活化效率低，難以在實際水體及場地治理中使用。

因此，針對涉煤產業聚集區實際水體及場地中有機污染物難處理、組分復雜、毒性強等特點，采用以廢治廢的策略，開發出能夠高效活化過硫酸鹽且環境友好、具備產業化前景的催化劑具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤矸石原位碳活化材料及其制備方法和應用，本發明提供的制備方法制備的煤矸石原位碳活化材料具有有機污染物降解的作用，能夠作為催化劑應用于有機物污染廢水的處理中，且降解率高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種煤矸石原位碳活化材料的制備方法，包括以下步驟：