CN107983303B - 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法 - Google Patents

一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107983303B
CN107983303B CN201711095009.5A CN201711095009A CN107983303B CN 107983303 B CN107983303 B CN 107983303B CN 201711095009 A CN201711095009 A CN 201711095009A CN 107983303 B CN107983303 B CN 107983303B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
mixing
solution
modified carbon
spinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711095009.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107983303A (zh
Inventor
孙仁贵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Jianghe Environmental Protection Chemical Co.,Ltd.
Original Assignee
Maanshan Xinzhou Grape Specialized Cooperative
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maanshan Xinzhou Grape Specialized Cooperative filed Critical Maanshan Xinzhou Grape Specialized Cooperative
Priority to CN201711095009.5A priority Critical patent/CN107983303B/zh
Publication of CN107983303A publication Critical patent/CN107983303A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107983303B publication Critical patent/CN107983303B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28023—Fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明公开了一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法，由水玻璃、表面活性剂、硫酸亚铁、硼氢化钠、椰壳、苯酚、聚乙烯醇等原料制成，本发明以椰壳制备多孔碳纤维，经多次改性工艺处理，得到高机械强度、高吸附性的多孔碳纤维，最后通过浸渍反应将零价铁负载于碳纤维之上，利用碳纤维的吸附性将水体中有机污染物进行富集，通过零价铁进行有机降解，实现彻底去除有机污染物的目的，其制备方法简单，反应条件温和，所得产品可重复使用，于环境不会产生二次污染，可以广泛应用于有机污水处理领域。

Description

一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法。
背景技术
随着我国工农业水平的日益发展，对水资源的需求量逐渐增大。而中国人口众多，人均资源相对短缺。如何能够节约水资源和水资源的重复利用成为人们关注的问题，而在水资源的重复利用中，有机废水处理是重中之重。目前针对有机水体的治理手段主要依靠市政工程手段，即截污、驳岸、清淤和换水，这些方法存在以下不足：1、驳岸及清淤的工程量大，成本高，清理出的污泥处理不当易引起二次污染；2、无法做到完全截污，由于河、湖等水体为开放式***，类似大气沉降这样的污染源无法做到完全截除；3、清淤后换水的水质无法保持，由于水体内微生态***随着底泥的清除被破坏，河道、湖泊的自净能力下降，一旦遇到外源污染物将继续富营养化，形成恶性循环。
对污染物的处理中，吸附法因其简便、高效、经济、可再生、无二次污染等特点而越来越受到人们的重视。而传统的活性炭、金属氧化物、壳聚糖、腐殖酸等吸附材料因价格、使用方式、处理效率等问题已不能满足现阶段有机废水处理需求，急需研发高效、廉价、环保、优质的新型有机废水吸附材料。
多孔碳纤维是一种新型的多孔纤维状吸附材料，因其独特的孔隙结构和形态而具有较一般多孔炭更大的比表面积、更高的孔容、更快的吸附速率和更强的再生能力。自从上世纪七十年代问世以来，就被广泛应用于空气净化、废气废水处理、军事防护、金属回收、电子器材等方面。目前，市场上的多孔碳纤维主要有聚丙烯腈基多孔碳纤维、沥青基多孔碳纤维、粘胶基多孔碳纤维和酚醛基多孔碳纤维等，不同碳纤维在碳化速度、产碳率、孔隙率以及碳化后的韧性均不一样。因此，需要结合传统碳纤维制备方法，通过优化改进工艺，提供孔径小、孔隙率高、纤维均一性好以及结合力强的多孔碳纤维。
与此同时，由于碳纤维的制备工艺包括碳化或石墨化，使得碳纤维表面的碳原子堆叠取向更一致，原子层间距更小，所以纤维表面表现为非极性和化学惰性，另外碳纤维表面有疏水、光滑、吸附性能低等缺点，导致碳纤维与其复合的材料间界面粘结性差。因此，需要对碳纤维表面进行改性，提高其与复合材料的界面粘结强度。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水玻璃与水按体积比1：（4-6）混合后搅拌均匀，将混合液通过强酸性阳离子交换树脂去除钠离子，再向所得溶液中加入1-2.5%质量的表面活性剂，搅拌至表面活性剂完全溶解，得硅酸溶液备用；
（2）将纺丝液置于静电纺丝仪中，使用铝箔纸包裹接收器，使初纺纤维收集在铝箔纸上，纺丝过程工艺参数为正压15-16kV，负压1.5-2kV，推进速率0.04-0.05mm/min，接收速率30-32r/min，针头与接收器之间距离为15-18cm，环境温度30-40℃，纺丝完成后在室温下静置一天，得到初纺纤维，再将其置于烘箱中，升温至160-170℃固化60-70分钟，取出后再送入管式炉中，在氮气气氛下以5-10℃/min的升温速率从室温升至750-850℃，保温1-2小时，自然冷却后得到碳纤维备用；
（3）以步骤2所得碳纤维作为阳极，石墨为阴极，在质量分数为8-10%的磷酸铵电解质中，控制电流密度为0.3-0.35A/m2，阳极氧化处理1.5-2分钟，收集碳纤维用清水冲洗净，得到改性碳纤维备用；
（4）将步骤3所得改性碳纤维加入到步骤1所得硅酸溶液中，其中改性碳纤维的用量为硅酸溶液质量的14-16%，之后超声分散均匀，过滤后干燥备用；
（5）将经步骤4处理的碳纤维与硫酸亚铁按质量比（1-3）：1混合后按固液比1：50-100g/mL加入到10%乙醇溶液中，搅拌90-120分钟后再向其中加入硼氢化钠，并用氢氧化钠调节pH至11-12，在氮气保护下搅拌反应20-30分钟，完成后将产物用清水冲洗至中性并真空干燥，即得本发明改性碳纤维。
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、甲基纤维素中的任意一种。
所述步骤2中纺丝液的制备方法为将椰壳粉碎过100-120目筛，烘干后与苯酚、浓硫酸按质量比（5-7）：（20-25）：（0.6-0.9）混合并搅拌均匀，置于140-160℃油浴锅中反应100-120分钟，之后降至室温，加入氢氧化钠中和pH至中性，将产物与80%二恶烷水溶液按体积比1：（9-11）混合搅拌60-80分钟，离心并过滤，除去残渣后将滤液经旋转蒸发仪在60-70℃下浓缩，除去二恶烷，得纯液化物，再与聚乙烯醇按质量比（45-46）：（4-5）混合后用氢氧化钠调节pH至10-11，之后加入甲醛溶液，升温至80-85℃，反应2-3小时后冷却至室温，得到纺丝液。
所述步骤4中超声条件为25-30kHz下超声分散10-30分钟。
所述步骤5中硼氢化钠与硫酸亚铁的物质的量之比为1：（2-2.5）。
所述的纺丝液的制备方法，加入的甲醛和苯酚物质的量之比为n（甲醛）：n（苯酚）=（1.4-1.5）：1。
本发明的优点是：
本发明采用苯酚液化的方法，将椰壳液化为多活性小分子，避免传统木质素因结构复杂且含大量杂质，直接用于纺丝效果不理想的缺陷，再以酚醛为单元连接为高聚物，具有更快的碳化速度、更高的产碳率和孔隙率，并且酚醛树脂由于形成交联结构，所以碳化后仍可保持一定韧性，再结合静电纺丝优化的工艺参数处理，较传统的熔融纺丝，使纤维直径更细，达到纳米级，从而具有更大的比表面积，由此得到的碳纤维进一步与硅酸溶液经超声结合，将氧化硅嵌合在碳纤维中以有效阻止碳纤维的缠结与团聚，最后通过浸渍反应将零价铁负载于碳纤维之上，利用碳纤维的吸附性将水体中有机污染物进行富集，通过零价铁进行有机降解，实现彻底去除有机污染物的目的，本发明碳纤维制备方法简单，反应条件温和，所得产品可重复使用，于环境不会产生二次污染，可以广泛应用于有机污水处理领域。
具体实施方式
一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将水玻璃与水按体积比1：5混合后搅拌均匀，将混合液通过强酸性阳离子交换树脂去除钠离子，再向所得溶液中加入1%质量的十二烷基硫酸钠，搅拌至十二烷基硫酸钠完全溶解，得硅酸溶液备用；
（2）将纺丝液置于静电纺丝仪中，使用铝箔纸包裹接收器，使初纺纤维收集在铝箔纸上，纺丝过程工艺参数为正压15kV，负压1.5kV，推进速率0.04mm/min，接收速率30r/min，针头与接收器之间距离为15cm，环境温度30℃，纺丝完成后在室温下静置一天，得到初纺纤维，再将其置于烘箱中，升温至160℃固化60分钟，取出后再送入管式炉中，在氮气气氛下以5℃/min的升温速率从室温升至750℃，保温1小时，自然冷却后得到碳纤维备用；
（3）以步骤2所得碳纤维作为阳极，石墨为阴极，在质量分数为8%的磷酸铵电解质中，控制电流密度为0.3A/m2，阳极氧化处理1.5分钟，收集碳纤维用清水冲洗净，得到改性碳纤维备用；
（4）将步骤3所得改性碳纤维加入到步骤1所得硅酸溶液中，其中改性碳纤维的用量为硅酸溶液质量的14%，之后在25kHz下超声分散10分钟，过滤后干燥备用；
（5）将经步骤4处理的碳纤维与硫酸亚铁按质量比2：1混合后按固液比1：50g/mL加入到10%乙醇溶液中，搅拌90分钟后再向其中加入硼氢化钠，硼氢化钠与硫酸亚铁的物质的量之比为1：2.5，并用氢氧化钠调节pH至11，在氮气保护下搅拌反应20分钟，完成后将产物用清水冲洗至中性并真空干燥，即得本发明改性碳纤维。
所述纺丝液的制备方法为将椰壳粉碎过100目筛，烘干后与苯酚、浓硫酸按质量比6：22：0.8混合并搅拌均匀，置于140℃油浴锅中反应100分钟，之后降至室温，加入氢氧化钠中和pH至中性，将产物与80%二恶烷水溶液按体积比1：10混合搅拌60分钟，离心并过滤，除去残渣后将滤液经旋转蒸发仪在60℃下浓缩，除去二恶烷，得纯液化物，再与聚乙烯醇按质量比45：4混合后用氢氧化钠调节pH至10，之后加入甲醛溶液，加入的甲醛和苯酚物质的量之比为n（甲醛）：n（苯酚）=1.5：1，升温至80℃，反应2小时后冷却至室温，得到纺丝液。

Claims (1)

1.一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将水玻璃与水按体积比1：（4-6）混合后搅拌均匀，将混合液通过强酸性阳离子交换树脂去除钠离子，再向所得溶液中加入1-2.5%质量的表面活性剂，搅拌至表面活性剂完全溶解，得硅酸溶液备用；
（2）将纺丝液置于静电纺丝仪中，使用铝箔纸包裹接收器，使初纺纤维收集在铝箔纸上，纺丝过程工艺参数为正压15-16kV，负压1.5-2kV，推进速率0.04-0.05mm/min，接收速率30-32r/min，针头与接收器之间距离为15-18cm，环境温度30-40℃，纺丝完成后在室温下静置一天，得到初纺纤维，再将其置于烘箱中，升温至160-170℃固化60-70分钟，取出后再送入管式炉中，在氮气气氛下以5-10℃/min的升温速率从室温升至750-850℃，保温1-2小时，自然冷却后得到碳纤维备用；
（3）以步骤2所得碳纤维作为阳极，石墨为阴极，在质量分数为8-10%的磷酸铵电解质中，控制电流密度为0.3-0.35A/m2，阳极氧化处理1.5-2分钟，收集碳纤维用清水冲洗净，得到改性碳纤维备用；
（4）将步骤3所得改性碳纤维加入到步骤1所得硅酸溶液中，其中改性碳纤维的用量为硅酸溶液质量的14-16%，之后超声分散均匀，过滤后干燥备用；
（5）将经步骤4处理的碳纤维与硫酸亚铁按质量比（1-3）：1混合后按固液比1：50-100g/mL加入到10%乙醇溶液中，搅拌90-120分钟后再向其中加入硼氢化钠，并用氢氧化钠调节pH至11-12，在氮气保护下搅拌反应20-30分钟，完成后将产物用清水冲洗至中性并真空干燥，即得改性碳纤维；
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、甲基纤维素中的任意一种；
所述步骤（2）中纺丝液的制备方法为将椰壳粉碎过100-120目筛，烘干后与苯酚、浓硫酸按质量比（5-7）：（20-25）：（0.6-0.9）混合并搅拌均匀，置于140-160℃油浴锅中反应100-120分钟，之后降至室温，加入氢氧化钠中和pH至中性，将产物与80%二恶烷水溶液按体积比1：（9-11）混合搅拌60-80分钟，离心并过滤，除去残渣后将滤液经旋转蒸发仪在60-70℃下浓缩，除去二恶烷，得纯液化物，再与聚乙烯醇按质量比（45-46）：（4-5）混合后用氢氧化钠调节pH至 10-11，之后加入甲醛溶液，升温至80-85℃，反应2-3小时后冷却至室温，得到纺丝液；
所述步骤（4）中超声条件为25-30kHz下超声分散10-30分钟；
所述步骤（5）中硼氢化钠与硫酸亚铁的物质的量之比为1：（2-2.5）；
加入的甲醛和苯酚物质的量之比为n（甲醛）：n（苯酚）=（1.4-1.5）：1。
CN201711095009.5A 2017-11-09 2017-11-09 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法 Active CN107983303B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711095009.5A CN107983303B (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711095009.5A CN107983303B (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107983303A CN107983303A (zh) 2018-05-04
CN107983303B true CN107983303B (zh) 2020-03-10

Family

ID=62030747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711095009.5A Active CN107983303B (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107983303B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109881368B (zh) * 2019-02-01 2021-07-06 武汉理工大学 一种具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜的制备方法
CN110652978B (zh) * 2019-08-27 2023-05-12 浙江理工大学象山针织研究院有限公司 一种非金属改性碳纤维的制备方法及其应用
CN113083372B (zh) * 2021-05-17 2022-05-17 天津工业大学 一种非均相氧化反应催化纤维的制备方法
CN113877637A (zh) * 2021-09-29 2022-01-04 南京恒丰医疗器械有限公司 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

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103225133A (zh) * 2013-02-28 2013-07-31 江苏竹溪活性炭有限公司 一种活性碳纤维及其制备方法
CN104332640B (zh) * 2014-11-06 2017-06-20 中国科学院金属研究所 全钒液流电池用热还原氧化石墨烯／纳米碳纤维复合电极制备方法
CN104499096B (zh) * 2014-12-21 2016-11-16 东南大学 一种去除中低浓度挥发性有机物的纳米碳纤维-金属复合物的制备方法
CN105040165B (zh) * 2015-07-01 2017-07-07 河南省科学院能源研究所有限公司 生物质焦油/纳米银/pan复合碳纤维材料及制备方法
CN105803584A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 安徽金叶碳素科技有限公司 一种硅烷改性黑色碳粉及其制备方法
CN106087120A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 上海活性炭厂有限公司 一种高效吸附型碳粉及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107983303A (zh) 2018-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107983303B (zh) 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法
CN108017362B (zh) 一种改性碳纤维隔热复合材料的制备方法
WO2017152770A1 (zh) 一种碳量子点制备与其改性净水功能材料的方法及应用
CN113600147B (zh) 一种重金属离子吸附纤维膜材料的制备方法
CN110339733B (zh) 一种氧化石墨烯/聚苯胺复合膜及其应用
CN110841487B (zh) 一种海水淡化膜的制备方法
CN111871389A (zh) 一种氢氧化镧改性气凝胶除磷吸附剂的制备方法
CN112604507B (zh) 高通量染料分离纳滤膜的制备方法
CN106587047A (zh) 一种纳米孔炭的制备方法
CN112973653A (zh) 基于聚偕胺肟的Mxene膜吸附材料的制备方法及提铀方法
CN108905970B (zh) 基于斜发沸石改性的水体除镉吸附剂的制备方法及应用
CN112705166A (zh) 一种氨水改性桉木活性炭吸附剂的制备方法及应用
CN107983302B (zh) 一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法
CN114307990B (zh) 硅酸锂基吸附剂的制备方法及其应用
CN109157982B (zh) 一种利用冷冻干燥技术制备聚电解质复合纳滤膜的方法
CN109319999B (zh) 一种氧化石墨烯生产中废液资源化利用的处理方法
CN107936916B (zh) 一种改性碳纤维摩擦颗粒的制备方法
CN110975827A (zh) 木质素磺酸钠/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用
CN111392712B (zh) 一种氮改性介孔碳材料及其制备方法和作为电吸附脱盐电极材料的应用
CN108400402A (zh) 一种废旧锂动力电池活性物质与集流体的分离方法
CN113289657A (zh) 一种氮掺杂石墨烯催化膜的制备方法及其应用
CN107938313B (zh) 一种改性多孔碳纤维负载氯化钙吸湿材料的制备方法
CN107999052B (zh) 一种光催化降解复合材料的制备方法
CN111514765A (zh) 一种MIL-101(Fe)掺杂的秸秆基醋酸纤维素复合膜的制备方法
CN107020022B (zh) 一种污水处理用陶瓷平板膜分离膜层及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230913

Address after: 528000, 6th Floor, 616, 617B, Ruiying Commercial Office Building, Dali Town Government South (next to Dali City South 1st Road), Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Patentee after: Foshan Jianghe Environmental Protection Chemical Co.,Ltd.

Address before: 243100 Natural Village No. 25, Popularization Village, Jiangxin Township, Dangtu County, Ma'anshan City, Anhui Province

Patentee before: MAANSHAN XINZHOU GRAPE SPECIALIZED COOPERATIVE