一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法及应用。将纳米零价铁原位嵌入式生长到三聚氰胺

【技术实现步骤摘要】
一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及化工材料制备方法及应用，特别涉及一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]艾灸狭义上是指用点燃后的艾条对所选取的腧穴或部位施以烧灼、温熨的一种治疗方法。《名医别录》中记载“艾叶苦，微温，无毒，主灸百病。”艾灸具有温经散寒、扶阳固脱、消瘀散结、防病保健、引热外行等治疗作用。现代医学研究也表明：灸法可调整脏腑功能，促进人体新陈代谢，提高机体的免疫功能，从而防病治病。近年来，随着中医药事业的蓬勃发展，艾灸疗法也在各地的基层医疗服务站流行开来。
[0003]但是，艾灸燃烧过程中会产生一定体积的烟雾。艾烟不仅会造成环境污染，长期吸入艾烟还会给人体带来巨大的安全隐患。通过问卷调查发现，艾灸后医生有咽部不适感或咳嗽等症状的占61.11％，艾烟可能会增加针灸医生患慢性咽喉炎的风险。经气相色谱
‑
质谱联用分析后发现，艾烟主要包含苯酚、间甲基苯酚、邻甲基苯酚、3，4
‑
二甲酚、对乙基苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、吲哚、石竹烯、氯乙酸十五酯等26种有机化合物。其中，酚类化合物若进入人体内的量超过正常人体解毒功能时，超出部分可以蓄积在体内各脏器组织内，造成慢性中毒，出现不同程度的头昏、头痛、皮疹、皮肤搔痒、精神不安、贫血及各种神经系统症状和食欲不振、吞咽困难、流涎、呕吐和腹泻等慢性消化道症状。可见，艾烟在相当程度上削弱了艾灸疗法的健康保健作用，是艾灸疗法进一步推广应用的重要障碍。因此，艾烟处理成为研究者们关注的一个热点。CN112657290A公开了一种装有过滤结构的智能艾烟处理装置，能够对艾烟进行精准过滤吸收。CN112891198A公开了一种艾烟治疗
‑
过滤的一体化装置，通过在灸筒的开孔上设置艾烟过滤器来对艾烟进行过滤。CN213251204U公开了一种床式艾烟处理装置，包括箱体、底部过滤层、进烟孔、缓冲仓、进烟口、中部过滤层、顶部过滤层、出烟管等结构，缓冲仓和进烟孔可以使艾烟均匀进入过滤层，底部过滤层、中部过滤层和顶部过滤层可以对烟气分级过滤，有利于提高过滤质量和过滤效率。
[0004]相关专利虽然均有一定的处理效果，但是处理的主要方式均以物理吸附为主，并不能真正的对艾烟中的有毒有害物质进行化学降解。同时，使用过滤层需要经常对滤芯进行更换清洗，不仅提高了艾灸疗法的使用成本，更换清洗的过程还非常容易对清洗者造成二次伤害。因此，有必要开发一种新型的化学降解手段对艾烟进行无害化处理。
[0005]高级氧化法是近年来广受关注的污染物降解技术之一。其基本特点是，以羟基自由基(
·
OH)为主要氧化剂与有机物发生反应，所产生的有机自由基能够继续参加
·
OH的链式反应，或通过生成的有机过氧化物自由基，继续发生氧化分解直至污染物矿化为最终产物CO2和H2O。Fenton反应法是其中应用最为广泛的高级氧化法之一，Fenton反应的主要原理是H2O2在Fe
2+
的催化作用下产生
·
OH对有机污染物进行降解。由于Fenton反应使用的H2O2和铁系化合物价格都相对低廉，因而Fenton氧化法处理废水具有巨大的应用和研究价值。
[0006]气凝胶是一种新型低密度纳米多孔材料，具有独特的纳米级三维网络结构，同时具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率，因此气凝胶表现出极高的吸附性能。而纳米零价铁是尺寸1
‑
100纳米的零价铁颗粒，具有纳米材料特有的表面效应。表面效应是指随着颗粒粒径的减少，其比表面积迅速增大，导致纳米颗粒结构上存在许多表面缺陷，使得表面具有很高的活性，并容易与其它原子结合。被金属元素掺杂的气凝胶被广泛应用到环境保护领域。CN107324454B公开了一种用于电Fenton反应体系负载铜离子的石墨烯气凝胶电极材料并将其应用于有机染料污水的降解中。CN107434270B将分子印迹技术与气凝胶结合在一起制备具有污染物分子印迹的铁碳气凝胶并将其作为电Fenton反应的阴极。CN103785394A公开了一种三维纳米钙钛矿型复合异相Fenton催化剂的制备方法，以碳气凝胶为基体，通过溶胶凝胶法负载纳米级钙钛矿型的铋铁氧化物，得到负载纳米级钙钛矿型铋铁复合物的碳气凝胶，即为三维纳米钙钛矿型复合异相Fenton催化剂。可见，将铁，铜等金属掺杂到具有巨大比表面积的气凝胶中构建复合气凝胶Fenton催化剂已经成为目前环境处理中的重要技术手段。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术目的是提供实现对难降解、高毒性、低浓度污染物的快速去除的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法。
[0008]技术方案：本专利技术提供一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法，将纳米零价铁原位嵌入式生长到三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶矩阵中，放入清洗好的碳纤维，依次通过乙醇和丙酮置换，即得。本专利技术首次将纳米零价铁原位3D嵌入式生长到三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶平台中，并将其包覆在经过处理的碳纤维束上，不仅增加了催化剂的吸附性能，还解决了纳米催化剂难于回收，容易中毒的技术难题，将碳纤维束应用于吸收了艾灸烟雾的废水中，实现了对艾烟污染物的在线吸附
‑
降解的一体化过程。
[0009]进一步地，所述的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)取无水乙醇、三乙醇胺混合均匀；
[0011](2)取三聚氰胺放入混合物中，再依次加入碳酸钠和超纯水，置于热水浴中搅拌，加入甲醛溶液和铁盐，继续搅拌至溶液澄清后，调节pH值，放入清洗好的碳纤维，静置得到前驱体溶液；
[0012](3)边搅拌边将步骤(1)制备的混合液倒入步骤(2)制备的溶液中，干燥后升温加热，冷却后加入无水乙醇和丙酮置换，最后得到的表面包覆纳米零价铁掺杂的三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶的碳纤维束。
[0013]进一步地，所述无水乙醇，三乙醇胺，碳酸钠和超纯水的质量比为15∶0.5～2.5：0.01～0.02∶10～30。
[0014]进一步地，所述三聚氰胺，甲醛和铁盐的质量比为1∶6：0.5～2.5。
[0015]进一步地，所述步骤(2)制备前驱体溶液时置于50
‑
70℃的热水浴中。
[0016]进一步地，所述步骤(2)制备前驱体溶液时置于50
‑
70℃的热水浴中。
[0017]进一步地，所述步骤(3)置换使用的有机溶剂为无水乙醇和丙酮，置换具体流程为加入无水乙醇，每隔6小时换一次，三次之后再用丙酮，每隔6小时换一次，置换三次。
[0018]进一步地，制备得到的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂在艾烟处理领域的应用。
[0019]有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法，其特征在于：将纳米零价铁原位嵌入式生长到三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶矩阵中，放入清洗好的碳纤维，依次通过乙醇和丙酮置换，即得。2.根据权利要求1所述的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)取无水乙醇、三乙醇胺混合均匀；(2)取三聚氰胺放入混合物中，再依次加入碳酸钠和超纯水，置于热水浴中搅拌，加入甲醛溶液和铁盐，继续搅拌至溶液澄清后，调节pH值，放入清洗好的碳纤维，静置得到前驱体溶液；(3)边搅拌边将步骤(1)制备的混合液倒入步骤(2)制备的溶液中，干燥后升温加热，冷却后加入无水乙醇和丙酮置换，最后得到的表面包覆纳米零价铁掺杂的三聚氰胺
‑
甲醛气凝胶的碳纤维束。3.根据权利要求2所述的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fenton催化剂的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇，三乙醇胺，碳酸钠和超纯水的质量比为15∶0.5～2.5∶0.01～0.02∶10～30。4.根据权利要求2所述的纳米零价铁改性气凝胶包覆碳纤维非均相Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈孝东，张艳，梅其国，孙伯旺，
申请(专利权)人：南京恒丰医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：