[發明專利]一種木質素基吸附-催化材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110409463.3
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113101925B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 郭海威;張新一;馬小東
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J31/22;B01J35/10;B01J20/22;B01J20/28;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/86;B01D53/70;B01D53/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明為一種木質素基吸附?催化材料的制備方法及應用，該制備方法采用木質素為碳源，首先對木質素進行強堿預處理，隨后將預處理后的木質素與Ru鹽溶液浸漬，最后在惰性氣氛下碳化獲得吸附?催化材料。本發明實現氯代芳烴一步法“吸附?催化”去除，解決了單一吸附法只吸附、不降解以及分開使用吸附劑與催化劑導致的處理效率低、能耗高等問題。吸附?催化材料能徹底氧化降解污染物為CO₂和H₂O等無毒產物，且材料能夠回收循環使用；另外本發明先負載再碳化，實現了吸附催化一體化的同時，降低了整體碳化溫度，有助于氣體中氯代芳烴的吸附?催化作用，適用于大規模推廣和工業化生產，提高生產效率。

技術領域

本發明屬于大氣污染治理領域，具體涉及一種木質素基吸附-催化材料的制備及其去除氣體中氯代芳烴的方法，尤其是對于低濃度氯代芳烴的去除。

背景技術

氯代芳烴類污染物具有“致癌、致畸、致突變”的三致特性及高毒性，對氯代芳烴的污染控制在國內外受到廣泛關注。吸附法通過對污染物分子進行吸附，常被用于污染物去除。然而，吸附處理法只能對污染物分子富集，不能徹底降解污染物為無毒產物。另外，吸附劑吸附容量有限，重復回收需要升溫處理，導致污染物脫附，造成二次污染。催化氧化可徹底降解氯代芳烴為CO₂及H₂O等無毒產物，然而現有的催化氧化方式對于低濃度污染物(50ppm)處理效率較低，導致經濟性較差。因此，本申請擬開發一種吸附-催化材料，首先吸附富集低濃度污染物隨后徹底催化降解污染物為無毒產物。

目前已有聯合吸附催化處理揮發性有機物(VOCs)的具體應用中往往將吸附劑和催化劑分開使用，導致處理過程中需要兩次高溫處理，第一次是高溫下的污染物脫附，第二次是高溫下的污染物催化燃燒，整個流程中能耗較高，經濟性較差，開發新型的吸附-催化一體化材料，對提高氯代芳烴處理中的效率和經濟性具有現實意義。

木質素是一種可再生的天然酚類聚合物，富含酚羥基、醇羥基、羧基等多種官能團。目前，已有專利報道木質素基碳材料制備及其吸附去除污染物，并都獲得了較好的效果。專利(CN 106044744A)報道了一種石墨烯/木質素基碳材料的制備方法及其用途，該制備方法首先將混合氧化石墨烯與木質素磺酸鈉碳化，再使用氫氧化鉀活化，隨后再碳化，最后洗滌得到石墨烯/木質素基復合多級孔碳片材料，結果表明石墨烯/木質素基復合多級孔碳片材料對環丙沙星有良好的吸附動力學性能。專利(CN 201910365919.3)報道了一種用于焚燒煙氣中氯代芳烴凈化的秸稈基復合吸附劑，該吸附劑以作物秸稈為原料，經過堿-尿素預處理，采用接枝聚合工藝對天然秸稈表面進行改性。將改性后的秸稈與高比表面積的碳質材料按照一定比例混勻，最后通過擠壓造粒，制得秸稈基復合吸附劑。該材料對氯代芳烴的去除率可達95.7％。綜上，利用木質素作為原材料制備木質素基吸附-催化材料，并通過改性和修飾優化其比表面積、微孔率，開發一體化去除低濃度氯代芳烴類極性污染物的方法具有創新性。

發明內容

為了克服現有技術對氯代芳烴類污染物中單一吸附或者單一催化效果較差的問題，本發明的目的是，提供一種木質素基吸附-催化材料的制備方法及應用。該方法中木質素經過堿處理后直接與Ru鹽浸漬，再碳化，使堿處理后的木質素的官能團能與Ru鹽發生相互作用降低碳化溫度，能夠獲得高比表面積及高缺陷密度、Ru元素在材料表面以較高含量的Ru⁰形式存在的吸附-催化材料。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

第一方面，本發明提供一種木質素基吸附-催化材料的制備方法，該方法采用木質素為碳源，首先對木質素進行強堿預處理，隨后將預處理后的木質素與Ru鹽溶液浸漬，最后在惰性氣氛下碳化獲得吸附-催化材料。

上述木質素基吸附-催化材料的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)木質素預處理：將木質素放入pH大于10的堿溶液中進行預處理，隨后將預處理后的木質素調節中和，再用去離子水洗滌至中性后干燥；