一种基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料制备及应用制造技术

本发明专利技术属于水治理领域，提供了一种基于酚醛树脂的双金属复合催化炭材料的制备方法，包括：S1,将双金属或者其金属盐与酚醛树脂粉末混合形成混合物，所述的金属选自铁、钴、镍等；S2，将步骤S1获得的混合物干燥成固化状态后，在氮气气氛中热解。本发明专利技术还涉及将所获得的复合金属炭材料,用于实现含双酚类污染物废水的净化处理。本发明专利技术的双金属炭材料以废弃酚醛树脂为原料，实现了废弃物的循环利用，以废治污；原料价廉易得，制备简单，所需设备少，具有投入少、成本低、效率高等优势。效率高等优势。效率高等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料制备及应用


[0001]本专利技术属于污染水治理领域，涉及一种基于废弃酚醛树脂的复合材料。具体而言，本专利技术涉及制备一种基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料的制备方法，及其处理双酚类污染水体的应用。

技术介绍

[0002]上世纪五十年代以来，双酚类化合物主要用于合成碳酸聚酯、环氧树脂和聚丙烯酸酯等高分子聚合材料、多种工业产品和日常生活消费品。双酚类化学品因其独特的化学和物理特性，是一种重要的高分子材料和精细化学品生产原料。但随着其广泛使用，研究发现双酚类物质可以从产品中渗入食物和水中，也能够弥散到自然环境中，带来生态健康风险。许多双酚类物质如双酚A、双酚S、双酚F等，在多种水体系中已经被检测到，且双酚类污染物存在状态稳定持久、难以自然降解，需要开发某些方法加速双酚A的降解过程，以降低环境风险。
[0003]水环境中的双酚类物质可以通过生物降解、物理吸附、化学降解等技术达到不同程度的去除。在环境介质中生物降解时间长，降解速率几乎不能减轻双酚类污染物污染。物理吸附是利用吸附材料以物理方式吸附去除，具有高效快速、操作简单、吸附剂可重复使用等优点，但吸附效果有赖于吸附剂性能和投加剂量，且未实现污染物的降解消除。化学氧化是利用强氧化性物质或基团氧化水中有机污染物从而实现降解污染物目的的方法，也是目前有机污染水体常用的最有效方式之一。研究资料显示水厂内部经过混凝、沉淀和砂滤等处理工艺BPA去除率仅为25％左右，去除效能非常有限。
[0004]过氧化氢和过硫酸盐高级氧化工艺在降解难降解污染物方面应用显著，一般需要投加催化剂激活过氧化氢或过硫酸盐提高氧化降解污染物效率。常见的催化剂包括均相和非均相两类，但均相催化剂氧化往往需要投加过量的激活剂，导致大量污泥产生，非均相催化剂由于催化效率高、作用稳定、易分离而备受关注。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供了一种成本较低廉、操作方便、高效耐用的可用于处理双酚类污染水的新材料。
[0006]双酚A污染可见于多种类型的水中，净化双酚A污染水的需求和所用材料数量巨大，降低污染处理的成本也是污染处理方法得以长期有效实施的重要因素。另一方面，酚醛树脂是常见的工业原料，常用于合成各种热固性塑料制品。随着酚醛树脂产品的使用，大量废弃酚醛树脂废物产生。热固酚醛树脂化学结构稳定，很难采取手段恢复到树脂原料状态。同时，废弃的酚醛树脂含碳量高、还有氮氧等元素，可以考虑通过高温炭化制备具有复合炭材料。本专利技术正是基于降解水体中双酚类化合物污染的现实需要，利用废弃酚醛树脂掺杂金属盐，制备兼具良好吸附和催化性能的双金属复合催化炭材料，提供一种强化过氧化氢或过硫酸盐氧化降解双酚类废水的复合炭材料。
[0007]本专利技术通过改造废弃酚醛树脂，使其能够掺杂金属盐并制备成兼具良好吸附和催化性能的双金属复合催化炭材料。本专利技术基于上述研究基础实现。
[0008]一方面，本专利技术提供了一种基于酚醛树脂的双金属复合催化炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1,将双金属或者其金属盐与酚醛树脂粉末混合，形成混合物，所述的双金属选自铁、钴、镍中的两种；
[0010]S2，将步骤S1获得的混合物干燥成固化状态后，在氮气气氛中热解。
[0011]理论上，所述的金属可以选自过渡金属，但是实际上有些金属或者金属盐的去除双酚类的效果不尽如人意，会出现使用两种金属的效果不如一种金属，甚至相差甚远。本专利技术的金属可以选自铁、钴、镍等过渡金属，两种金属或者其金属盐的摩尔比可以为1:4
‑
4:1，更好的是1:2
‑
2:1，例如，1:1，1:0.5，1:1.5等等。所述的金属盐溶液为过渡金属的一种盐溶液或几种混合盐溶液的形式，多种金属盐混合液可以按摩尔比计。双金属的金属盐可以是硝酸盐，例如选自硝酸铁(Fe(NO3)3)、硝酸钴(Co(NO3)2)或者硝酸镍(Ni(NO3)2)中的两种。
[0012]优选地，所述的混合物为将金属盐溶液加入酚醛树脂中均匀混合，保持金属重量和酚醛树脂质量比例稳定。步骤S1中酚醛树脂粉末和金属质量比可以为0.05
‑
5.0wt％，例如0.05
‑
2.0wt％，0.10
‑
2.0wt％，0.10
‑
1.5wt％，0.15
‑
1.0wt％，0.20
‑
0.5wt％，等等。
[0013]热解是形成本专利技术的复合金属炭材料的重要步骤。优选地，步骤S2中热解的条件是700
‑
1200℃热解2
‑
4h，热解温度也可以采用800
‑
1100℃，900
‑
1000℃，等；热解的时间可以是2.2，2.5，2.8，3.0，3.2，3.5，3.8小时等。在本专利技术的一个优选例中，混合物处理的方法包括：将混合物置于80℃恒温鼓风干燥炉中12小时；然后加热至120℃保持24小时，再转移至管式炉中以3℃/分钟的速率在氮气气氛中900℃条件下热解3小时。所述的恒温鼓风干燥箱和管式炉为实验室一般的设备，只需满足相关实验条件即可。所述的无水乙醇和去离子水为实验室使用的常规试剂和去离子水，亦无其他特殊要求。
[0014]优选地，所述的制备方法还包括步骤S3，将步骤S2热解后的物质研磨清洗得到固体粉末，通常研磨得到黑色固体粉末，即为所述的复合金属炭材料。例如，将步骤S2热解后的物质自然冷却至室温并研磨成粉末，用酒精和去离子水交替洗涤数次真空干燥得到黑色固体粉末。
[0015]另一方面，本专利技术提供了一种基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料，所述的基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料含有双金属或者其金属盐，以及酚醛树脂热解产生的炭，双金属或者其金属盐附着在酚醛树脂热解形成的炭表面。
[0016]再一方面，本专利技术提供了所述的基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料的应用，将所述的基于酚醛树脂的双金属复合催化炭材料投入含有双酚类污染物的水体系，去除或者降低水中双酚类污染物的含量。
[0017]本专利技术的基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料，将金属盐溶液和废弃酚醛树脂粉末混合形成混合物，按制备方法进行制备，通过降解实验处理含双酚类废水，可得到高催化降污性能的双金属复合炭材料。其中，所述的废弃酚醛树脂粉末可以是收集的酚醛树脂废品打碎形成的粉末。采用吸附实验和催化降解实验方法，使用本专利技术的双金属复合炭材料消除双酚类物质。例如，所述的吸附实验为将一定量双金属炭材料和双酚A废水混合，震荡条件下反应6小时。所述的催化实验降解为吸附实验截止时，加入一定量过一硫酸
盐混合，与双酚A废水继续反应3小时。
[0018]优选地，去除水中双酚类物质时可以同时添加氧化剂，所述的氧化剂可以是一定浓度的过氧化氢(H2O2)或单过硫酸盐溶液(PMS，2KHSO5·
KHSO4·
K2SO4)，浓度可以是0
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于废弃酚醛树脂的双金属复合催化炭材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：S1,将双金属或者其金属盐与酚醛树脂粉末混合形成混合物，所述的双金属选自铁、钴、镍中的两种；S2，将步骤S1获得的混合物干燥成固化状态后，在氮气气氛中热解。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中双金属的金属盐选自硝酸铁、硝酸钴或者硝酸镍中的两种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中酚醛树脂粉末和金属质量比为0.05
‑
5.0wt％，或者，两种金属或者其金属盐的摩尔比为1:4
‑
4:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中热解的条件是700
‑
1200℃热解2
‑
4h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中热解的步骤为：将混合物置于80℃恒温鼓风干燥箱中12小时；然后升温至120℃保持24小时，再转移至管式炉中以3℃/分钟的速率在氮气气氛中900℃条件下热解3小时。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括步骤S3，将步骤S2热解后的产物研磨，得到固体粉末。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3为，将步骤S2热解后的产物自...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐玉霖，贺鑫，徐斌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：