[發明專利]一種利用水體微塑料混凝絮體制備空心碳納米餅的方法及其應用

有效

• 申請號: 202210697572.4
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115028160B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 李兵;劉雨知;黃躍飛;武曉峰
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C02F1/52;C02F1/54;C02F1/56;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J27/24;B01J35/10
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

本發明公開了一種利用水體微塑料混凝絮體制備空心碳納米餅的方法，包括：通過將水體：助凝劑：無機混凝劑：有機絮凝劑按質量復配比例為1,000,000：(10～200)：(1～10)：(5～50)對含微塑料水體進行混凝，獲得微塑料混凝絮體；采用陶瓷坩堝放入管式爐中進行熱解，以特定的加熱速度上升至目標溫度，并在恒溫下熱解一定時間，使用惰性氣體作為保護氣體；將管式爐降至室溫后，將樣品進行研磨、粉碎，獲得空心碳納米餅；制備得到的空心碳納米餅HCNC，該空心碳納米餅HCNC為包含鐵元素的碳納米餅，直徑范圍為200～500nm，厚度為20～100nm，鐵原子含量為20～50％。該方法易于操作、可重復性好、極具應用前景，對可持續發展的廢水處理技術的發展應用提供了新的方向。

技術領域

本發明屬于污水處理資源化技術領域，特別涉及一種利用水體微塑料混凝絮體制備空心碳納米餅的方法及其應用。

背景技術

微塑料廣泛存在于海洋生態系統、淡水生態系統、土壤和沉積物中，甚至在飲用水、人類糞便、極地環境中也有存在。它不僅可通過攝食作用對生物產生物理性傷害，也可以釋放或吸附有毒有害污染物，對生態環境產生直接或間接毒理效應。絮凝沉降是目前較為常用的微塑料去除技術，可通過在污水中加入絮凝劑改變微塑料的表面性質，使微塑料之間的吸引能大于排斥能，并聚集成大塊絮團而沉淀去除。然而，其處置過程中不可避免地產生了大量絮狀污泥，極易造成二次污染，但目前并沒有較好的解決方案。

眾所周知，熱解工藝是現階段廢塑料資源化的重要手段之一，可用于制備焦炭、裂解油及裂解氣。熱解工藝技術為微塑料混凝絮體的再利用提供了新思路。但微塑料混凝絮體中的雜質多，使得其產油和產氣效率很低。與此同時，微塑料混凝絮體不確定的成分組成使得其熱解焦炭的形貌及孔隙具有不可控性，因此微塑料混凝絮體的再利用產業化前景不明朗。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有技術的不足，提出了一種利用水體微塑料混凝絮體制備空心碳納米餅的方法。

本發明的第一方面，提出了一種利用水體微塑料混凝絮體制備空心碳納米餅的方法，包括以下步驟：

S1、通過將水體(以水密度1kg/L計算)：助凝劑：無機混凝劑：有機絮凝劑按質量復配比例為1,000,000：(10～200)：(1～10)：(5～50)對含微塑料水體進行混凝，獲得微塑料混凝絮體；

S2、將得到的微塑料混凝絮體采用陶瓷坩堝放入管式爐中進行熱解，以特定的加熱速度上升至目標溫度，并在恒溫下熱解一定時間，使用惰性氣體作為保護氣體；

S3、將管式爐降至室溫后，將降至室溫后的樣品進行研磨、粉碎，獲得空心碳納米餅HCNC。

在本發明的一些實施方式中，步驟S1中，所述助凝劑為納米微電解材料，具體制備方法詳見中國專利號CN201710247676.4，用于去除四環素類污染物的納米微電解材料的制備方法。

在本發明的一些實施方式中，步驟S1中，所述無機混凝劑選自聚合硫酸鐵PS、聚合氯化鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵、明礬中的至少一種。

在本發明的一些實施方式中，步驟S1中，所述有機絮凝劑選自聚丙烯酰胺PAM、聚丙烯酰胺的加堿水解物、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣、苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一種。

在本發明的一些實施方式中，步驟S2中，所述特定的加熱速度為5～15℃；所述目標溫度為500～900℃；所述熱解一定時間為0.5h～4小時。

在本發明的一些實施方式中，步驟S2中，所述惰性氣氛為氮氣、氬氣、氦氣或者二氧化碳氣體中的至少一種。

在本發明的一些實施方式中，步驟S3中，所述空心碳納米餅HCNC為包含鐵元素的碳納米餅，直徑范圍為200～500nm，厚度為20～100nm，鐵原子含量為20～50％。