[發明專利]一種利用腐殖酸制備碳納米顆粒的方法及應用

有效

• 申請號: 202210150877.3
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114408900B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 李潔;晉銀佳;劉鵬程
• 申請（專利權）人: 自然資源部第二海洋研究所;浙江夢溪環保科技有限公司
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C02F5/08
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 張狄峰

本發明公開了一種利用腐殖酸制備碳納米顆粒的方法及應用，以腐殖酸為原料在強堿性條件下水熱溶解，用濃硫酸碳化處理、堿中和處理之后，用去離子水清洗過濾得到腐殖酸的碳化產物，經過真空干燥處理后得到碳納米顆粒；碳納米顆粒可以根據循環水系統的水質情況和補水水質情況進行投加，可以直接投加粉末藥劑也可以將粉末藥劑配制成水溶液然后投加至循環水中。一般維持循環水中阻垢劑的濃度在2?15mg/L，根據循環水系統的保有水量可以計算循環水系統的阻垢劑的總投加量。本藥劑為無磷藥劑，不會導致循環水排水的總磷超標；藥劑投加量小，使用方便；能夠去除循環水中的有機大分子，降低循環水的化學需氧量（COD）和濁度。

技術領域

本發明涉及一種以腐殖酸為原料制備具有高效阻垢性能的碳納米顆粒，具體涉及一種利用腐殖酸制備碳納米顆粒的方法及應用。

背景技術

循環冷卻水系統的水耗通常占到火電企業、鋼鐵企業水耗的70%以上，隨著循環水濃縮倍率的升高，循環水中的硬度離子、硫酸根離子、磷酸根離子等濃度逐漸上升，會對循環水系統的相關設備產生結垢，影響循環水系統的經濟和安全穩定運行。為了維持循環水系統的正常運行需要投加阻垢劑等藥劑，抑制循環水系統的結垢現象。近年來，隨著環保要求的逐漸提高，含磷的阻垢劑的應用受到限制，因此開發高效綠色的無磷阻垢劑對于循環水系統的運行具有重要意義。

申請號為CN202010900814.6，名稱為“一種腐殖酸無磷緩蝕阻垢劑及其制備方法”的中國發明專利申請，為本發明的接近技術，不過該申請與本發明有本質的不同，概述如下：（1）該申請以活性腐殖酸和腐殖酸為原料，配比形成符合阻垢劑，而本發明以腐殖酸為原料，進行溶解提取后加入濃硫酸進行碳化處理形成碳納米顆粒作為阻垢劑，有本質不同；（2）該申請以活性腐殖酸和腐殖酸兩性離子分散劑與各輔助成分形成良好的協同效應，從而具有阻垢、殺菌作用，而本發明的碳納米顆粒表面具有豐富的羥基、羧基等官能團，絡合鈣離子等，從而具有阻垢作用，有本質不同。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種利用腐殖酸制備碳納米顆粒的方法及應用，本發明的碳納米顆粒表面富含羥基、羧基等多種官能團，對水中的鈣鎂離子具有強絡合作用，具有顯著的阻垢效果，可以用于火電廠、鋼鐵廠、煤化工等企業循環冷卻水阻垢處理，能夠抑制循環水中碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣的形成，并能夠去除循環水系統中已經形成的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣垢。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種利用腐殖酸制備碳納米顆粒的方法，其特征是，包括以下步驟：

（1）稱取10g腐殖酸加入容量為250mL的三口燒瓶中，向三口燒瓶中加入100mL濃度為2mol/L的NaOH溶液；

（2）將三口燒瓶置于具有水浴加熱功能的超聲裝置中，在機械攪拌（200r/min）下用水浴將三角燒瓶內的混合物溫度加熱到60℃并保持溫度恒定，打開超聲波（40kHz，600W）促進腐殖酸溶解，持續反應6個小時，得到腐殖酸鈉溶液；

（3）將三口燒瓶從具有水浴加熱功能的超聲裝置中取出，冷卻至室溫，將上清液倒入燒杯中，并用滴管逐滴加入10mol/L硫酸中和，直至混合物pH降低到中性（pH6-7之間），得到腐殖酸提取物；

（4）將中和后的腐殖酸提取物（約60mL）倒入200mL容量的襯四氟乙烯容器中，并加入120mL濃硫酸，用玻璃棒攪拌均勻；

（5）將盛有腐殖酸提取物和濃硫酸的襯四氟乙烯容器放在不銹鋼反應釜中，加熱到180℃反應6個小時，然后冷卻至室溫；

（6）將襯四氟乙烯容器內的混合物倒入燒杯中，加入5mol/L的NaOH溶液進行中和處理，直至混合物pH調整至5-6；

（7）將中和處理后的混合物倒入真空抽濾裝置進行抽濾處理，過濾膜采用孔徑為0.45μm的濾膜，并用去離子水清洗濾出物，去除混合物中的水分和溶解性鹽；