一种利用水葫芦改性生物炭及其制备方法和有机污染物的处理方法技术

本发明专利技术提供了一种水葫芦改性生物炭制备方法及其激活过硫酸盐处理有机污染物的方法，其中水葫芦生物质经烘干粉碎，过筛处理制得；然后将水葫芦粉末与水充分混合均匀，经过恒温水解，固液分离，提取下层沉淀并烘干得到的粉末，再与粉末状的γ型纳米氧化铝机械混合均匀，在缺氧条件下高温煅烧，冷却后得到所述水葫芦改性生物炭；所述水葫芦改性生物炭活化过硫酸钠降解双酚A的方法，能够对水体中双酚A的降解率达到100%，能在120min内达到95%的矿化率。本发明专利技术简化了生物炭的制备步骤，具有周期短、成本低、降解效率高、去除效果好等优点，具有很好的推广和使用价值。有很好的推广和使用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用水葫芦改性生物炭及其制备方法和有机污染物的处理方法


[0001]在本专利技术属于环保领域，具体涉及有机污染物，尤其是双酚A污染水体的处理，更具体涉及水葫芦改性生物炭活化过硫酸盐降解水体中双酚A的方法。

技术介绍

[0002]现代生活中，一次性塑料制品越来越多的被使用，而由于对塑料垃圾的管理不善，存在环境中的塑料碎片产生的污染已经日渐严重。双酚A (BPA)是全球产量最高的工业化学品之一，是某些微塑料常见添加剂中最具代表性的化学品，包括食品容器、纸制品(如热敏收据)、水管、玩具、医疗设备和电子产品。在塑料产品生命周期的各个阶段，这些添加剂可能从塑料中释放到空气，水体，和土壤中，并可能通过食品包装材料迁移进而与人体接触，对人类健康造成危害。因此，需要对污染物进行有效的治理和修复。
[0003]目前为止，双酚A的去除技术多种多样，如光催化技术，高级氧化技术（AOP）等。其中，基于碳材料为催化剂的高级氧化技术，在过硫酸盐存在条件下能有效降解BPA，同时过硫酸盐在化学稳定性和价格方面更胜一筹；且碳基材料可方便回收再利用，不会残留在废水中对环境造成二次污染，是一种处理效率高、去除彻底、成本低、操作便捷、应用范围广的水处理方法。在此体系中，过硫酸盐作为氧化剂，在催化剂的催化作用下被激活生成高活性的氧化自由基或中间活性物质，从而进一步攻击并降解目标污染物。近几年来发展的利用碳材料(还原氧化石墨烯、碳纳米管、活性炭、纳米金刚石和介孔碳)活化过硫酸盐技术，虽然可以解决传统技术所存在的问题；但是许多碳材料面临催化性能差、催化效率不高和制备成本过高的问题。因此，如何克服上述现有技术中存在的问题，获得一种制备简单、成本低、催化性能强、分散性好、稳定性强的用于激活过硫酸盐的新型碳催化材料，对于提高过硫酸盐高级氧化体系处理有机污染物的处理效果具有十分重要的意义。
[0004]诸多农业废弃资源均可作为生物炭的制备原材料，此类资源丰富、成本低廉、具有环境友好性，但是利用率极低，绝大部分作为廉价燃料焚烧或任一排放，不仅造成资源浪费，还产生严重的环境污染。如果对其合理化利用则具体非常大实际意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术按照废物资源化利用的思路，利用水葫芦为原材料制备改性生物炭，并通过试验研究了改性生物炭活化过硫酸盐对水体中双酚A的应用降解效果，最终完成本专利技术。
[0006]一方面，本专利技术公开了一种水葫芦改性生物炭，由水葫芦与γ
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纳米氧化铝经热处理制备而成，所述水葫芦改性生物炭活化过硫酸盐对水体中双酚A的降解率达到100%，且随着改性生物炭煅烧温度的升高，完全降解双酚A的时间越快，能在120min内达到95%的矿化率。其中，所述改性生物炭对水体中双酚A 的降解率是通过对双酚A的降解能力得出，对水体中剩余的双酚A是通过高效液相色谱测定得出。
[0007]首先，将水葫芦粉碎并烘干，过筛处理，制得水葫芦粉末；具体是将水葫芦粉末与
水混合，在高压反应釜中进行水解，经固液分离得到下层沉淀，烘干后研磨，得到生物炭粉末。
[0008]进一步的，所述水葫芦水解的具体方法为：在装有聚四氟乙烯的反应釜中，水解温度为140~220℃，然后恒温保持3
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5h，再之后冷却至室温。
[0009]在一个优选实施方式中，所述水解条件的具体方法为在装有聚四氟乙烯的反应釜中，水解温度为180℃，然后恒温保持4h，再之后冷却至室温。
[0010]其次，将水热后的生物炭粉末与粉末状的γ
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纳米氧化铝机械混合均匀，在缺氧条件下经过热解、恒温、冷却后得到所述水葫芦改性生物炭。
[0011]其中，优选地，所述生物炭粉末与γ
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纳米氧化铝质量比为0.3~1：1；更进一步地，生物炭粉末与γ
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纳米氧化铝质量比为0.3~5：1，在一个更优选实施方式中，所述生物炭粉末与所述γ
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纳米氧化铝质量比为0.3：1（生物炭粉末混合比例进一步增加并不会大幅增加反应速率，基于成本考虑，该比例是较佳的比例）。在一个具体实例中，所述γ
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纳米氧化铝为分析纯，通过商购方式获得。
[0012]优选地，所述缺氧条件下经过热解、恒温、冷却的具体方法为：通30min的氮气，热解程序升温，以4
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6℃/min速度升温至500
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700℃，然后再恒温保持3
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5h，再之后冷却至室温。
[0013]在一个优选实施方式中，所述缺氧条件下经过热解、恒温、冷却的具体方法为：通30min的氮气，以排空空气，热解程序升温，以5℃/min速度升温至600℃，然后再恒温保持4h，再之后冷却至室温。
[0014]本专利技术也提供上述方法获得的水葫芦改性生物炭。
[0015]本专利技术简化了生物炭的制备步骤，提供的水葫芦改性生物炭是一种低成本，低二次污染的有机物污染修复剂，具有很好的推广和使用价值。所述的水葫芦改性生物炭能够均匀的分散在γ
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纳米氧化铝的孔隙中，具有多种官能团，在活化过硫酸盐的过程中产生具有强氧化性的SO4·
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和OH
·
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以及1O2，从而对BPA具有较高的降解率和矿化率。其中，水葫芦生物炭通过与吸附在改性生物炭上的过硫酸钠发生电子转移生成的硫酸根自由基、羟基自由基及单线态氧对水体中双酚A进行氧化降解，并矿化成二氧化碳和水。通过试验研究表明，所述水葫芦改性生物炭活化过硫酸钠降解双酚A的方法，能够对水体中双酚A的降解率达到100%，能在120min内达到95%的矿化率。因而，本专利技术还提供上述方法得到的水葫芦改性生物炭在含双酚A有机污染物的处理中的应用。
[0016]具体地，将所述的水葫芦改性生物炭、过硫酸盐与有机物污染水体混合进行降解处理，完成对双酚A的降解。
[0017]优选地，所述水葫芦生物炭与有机污染物是水体中的有机物质量浓度比为2.5~10：1（其中以双酚A的质量浓度计），所述过硫酸盐与有机污染物水体中的有机污染物的质量浓度比为0.5~2：1，由于处理时有机污染物浓度10~80mg/L效果最佳，因此在处理前将所述有机污染物浓度范围调整到上述范围之内。
[0018]进一步地，所述过硫酸盐为过硫酸钠；优选地，所述降解处理在搅拌下进行；所述降解处理的温度为20
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30℃；所述降解处理的时间为80
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160min；更优选地，所述降解处理在磁力搅拌器上进行，所述降解处理的温度为25℃，所述降解处理的时间为120min。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的生物炭（BC）。
[0020]图2为改性生物炭(BC/γ
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Al2O3)的电镜（SEM）图。
[0021]图3为利用2 ,2 ,6 ,6
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四甲基哌啶(TEMP)自旋捕获单线态氧的电子顺磁共振波谱图，证明了本专利技术中改性生物炭(BC/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水葫芦改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括：将水葫芦粉末进行水解，固液分离得到下层沉淀后烘干研磨成粉末，与粉末状的γ
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纳米氧化铝机械混合均匀，在缺氧条件下经过热解、恒温、冷却后得到所述水葫芦改性生物炭。2.根据权利要求1所述的水葫芦改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述将水葫芦粉末进行水解的方法为：将水葫芦粉末与水混合，在高压反应釜中进行水解；水解为程序升温，以4
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6℃/min速度升温至140
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220℃，然后恒温保持3
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5h，在冷却至室温；更优选地，所述水解条件的具体方法为在装有聚四氟乙烯的高压反应釜中，水解温度为180℃，然后恒温保持4h，再之后冷却至室温。3.根据权利要求1所述的水葫芦改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述水葫芦粉末的目数为不低于100目。4.根据权利要求1所述的水葫芦改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述水葫芦粉末与所述γ
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纳米氧化铝质量比为0.1:1~1:1；更优选为所述水葫芦粉末与γ
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纳米氧化铝质量比为0.3~0.5：1。5.根据权利要求1所述的水葫芦生物炭的制备方法，其特征在于，所述缺氧条件下经过热解、恒温、冷却的具体方法为：通氮气，以排空空气，热解为程序升温，以4

【专利技术属性】
技术研发人员：姚琨，胡晶晶，华倩，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：