一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料及其制备方法

本发明涉及有机废水处理，具体为一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料及其制备方法。

背景技术：

1、邻苯二甲酸酯是一类具有抗氧化、抗紫外功能的化合物，可以有效提高高分子树脂聚合物的柔韧性与加工性能，因此常被用作增塑剂添加于玩具、包装袋、电子产品外壳这里对外形延展性等具有高要求的树脂产品中；但是邻苯二甲酸酯与树脂基质一般无法共价结合，因而在使用的过程中，这类物质会产生析出，以至于污染环境水体，并对人体的生殖能力以及人体发育造成影响；因此有必要针对邻苯二甲酸酯类污染进行研究，以减少其对环境的污染。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1.制备多孔生物炭粉末；

4、s11.将核桃壳使用去离子水洗涤表面后，置于75～85℃中干燥12～24h，干燥结束后，将核桃壳破碎为粒径在0.5～5mm的核桃壳颗粒并将其与氢氧化钠溶液混合，室温下浸渍处理48～72h后，过滤，收集核桃壳颗粒，并将其再次置于温度为65～70℃的烘箱中干燥至恒重；

5、s12将干燥后的核桃壳颗粒粉碎，过80～120目筛，收集过筛粉末，将其置于管式炉中，氮气氛围保护，以5～10℃/min的速率升温至450～500℃，通入过热水蒸气，切换为水蒸气与氮气混合氛围，保温30～45min后，继续以5～10℃/min的速率升温至550～600℃，保温1～1.5h后，以3～5℃/min的速率冷却至室温，得到多孔生物炭粉末；

6、s2.制备去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料；

7、s21.将多孔生物炭粉末分散至超纯水中，洗涤3～5次后，将其分散至噻吩-2,3-二羧酸的饱和水溶液中，真空浸渍处理1～4h后，离心分离沉淀，真空蒸发至恒重后，得到前处理生物炭粉末；

8、s22.将前处理生物炭粉末分散至去离子水，加入氯化亚铁，搅拌分散30-45min后，真空浸渍处理2～4h后，冷却至4～8℃，备用；

9、将噻吩-2,3-二羧酸分散至氢氧化钠溶液中，室温下搅拌3～5h后，降温冷却至2～5℃后，将其缓慢滴加至分散有前处理生物炭粉末的氯化亚铁溶液中，滴加时间为2～4h，滴加结束后，继续真空浸渍1～1.5h后，升温至25～30℃，搅拌反应12～24h后，离心分离沉淀，真空干燥至恒重后，收集反应产物；

10、s23.将步骤s22得到的反应产物置于管式炉中，氮气氛围下，以5～10℃/min的速率升温至450～500℃，保温煅烧3～6h后，停止加热，以2～3℃/min的速率冷却至室温，得到去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料。

11、进一步的，步骤s11中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/l。

12、进一步的，步骤s12中，所述水蒸气与氮气混合氛围中，水蒸气与氮气的体积比为(1.5～3)：1。

13、进一步的，步骤s21中，真空浸渍时，真空度为-0.15～-0.1mpa。

14、进一步的，步骤s22中，所述噻吩-2,3-二羧酸、氢氧化钠、氯化亚铁的质量比为(2.75～3.2)：1：(1.1～1.6)。

15、进一步的，步骤s22中，所述前处理生物炭粉末与去离子水、氯化亚铁的质量比为1：(150～200)：(1.1～1.6)。

16、进一步的，步骤s22中，真空浸渍时，真空度为-0.2～-0.15mpa。

17、进一步的，一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料，由上述方法制得。

18、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

19、本发明为了对水体中的邻苯二甲酸酯污染进行治理，本发明使用了核桃科木为原料，制备了疏松多孔的多孔生物炭材料；核桃壳相较于秸秆类植物质，其外壳灰分含量较少，含碳量高，并且核桃壳本身质地较硬，含有大量高度排列的纤维细胞构成了硬质外壳，这类纤维细胞在经碳化后，可以在多孔生物炭中形成大量的微孔结构，提升生物炭的吸附面积；

20、并且本发明在制备多孔生物炭的过程中，还对其原料进行了碱处理和水蒸气活化，利用氢氧化钠浸泡核桃壳，进一步的降低核桃壳中的灰分，并且浸泡后的核桃壳中还会残留有钠离子，在高温碳化过程中，钠离子的存在可以有效促进氧化反应的进行，从而提升多孔生物炭的表面积；并且在碳化过程中引入的水蒸气可以有效去除在高温下生成的焦油类物质，避免这类物质对多孔生物炭中空隙的堵塞，从而避免了碳化过程中多孔生物炭表面积的下降；

21、在此基础上，本发明还对多孔活性炭进行了改性处理；本发明首先将多孔生物炭浸没在噻吩-2,3-二羧酸溶液后，将其与氯化亚铁混合，并真空浸渍处理后，在碱性环境下，将噻吩-2,3-二羧酸与氯化亚铁混合，利用噻吩环的抗氧化性，从而使得·oh自由基可以与亚铁离子结合形成金属有机框架；

22、金属有机框架本身具有多孔与多金属位点的性能，但是经有机络合后形成金属有机框架耐水性能较差，在大范围水体环境中常会出现铁离子溶出，催化活性减少的缺陷，因此本发明将其与生物炭复合，可以有效在生物炭空隙中形成新的金属有机框架结构，在生物炭中引入fe活性位点的同时，利用活性炭空隙中水体流动强度减弱以及毛细孔效果的影响，减少金属有机框架中铁离子的溶出，从而产生自由基对水体中的邻苯二甲酸酯类物质进行氧化降解；并且在这一基础上本发明对经处理后的多孔活性炭进行了再次碳化处理，在高温下，将fe固化在生物炭表面，从而增强其水稳定性，固化其中的铁元素含量，从而使得其可以在水体中长时间维持对邻苯二甲酸酯的处理功能。

技术特征：

1.一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s11中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s12中，所述水蒸气与氮气混合氛围中，水蒸气与氮气的体积比为(1.5～3)：1。

4.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s21中，真空浸渍时，真空度为-0.15～-0.1mpa。

5.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s22中，所述噻吩-2,3-二羧酸、氢氧化钠、氯化亚铁的质量比为(2.75～3.2)：1：(1.1～1.6)。

6.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s22中，所述前处理生物炭粉末与去离子水、氯化亚铁的质量比为1：

7.根据权利要求1所述的一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料的制备方法，其特征在于：步骤s22中，真空浸渍时，真空度为-0.2～-0.15mpa。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料。

技术总结本发明涉及有机废水处理技术领域，具体为一种去除水中邻苯二甲酸酯的碳基材料及其制备方法。本发明为了对水体中的邻苯二甲酸酯污染进行治理，本发明使用了核桃科木为原料，经碱浸泡于水蒸气活化后，制备了疏松多孔的多孔生物炭材料；之后本发明使用了噻吩‑2,3‑二羧酸溶液氯化亚为原料，在碱性条件下，在生物炭空隙中形成了以铁元素为基础的金属有机框架结构，在生物炭中引入Fe活性位点的同时，利用活性炭空隙中水体流动强度减弱以及毛细孔效果的影响，减少金属有机框架中铁离子的溶出，从而产生自由基对水体中的邻苯二甲酸酯类物质进行氧化降解，可以在水体中长时间维持对邻苯二甲酸酯的处理功能。技术研发人员：梁志辉,曾燕艳,罗群,范洪波受保护的技术使用者：东莞理工学院技术研发日：技术公布日：2024/5/27