CN110787835A - 一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备花生壳粉末；S2、制备混合物；S3、将所述混合物烘干，研磨，高温煅烧，得到花生壳三聚氰胺复合材料；本发明采用废弃生物质花生壳作为原料，将三聚氰胺与其混合制备出新型的生物炭复合材料应用于臭氧催化过程，其复合材料经过高温煅烧后形成的相互堆积的片状结构，增强了其比表面积且高度芳香化，增强了分解臭氧生成羟基自由基的能力，且其复合催化剂制备过程简单，易于实现，催化氧化过程中无金属离子溶出，不会造成二次污染，可应用于城市生活污水、地表水和工业回用水的深度处理过程。

Description

一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于有机污染催化技术领域，具体涉及一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法。

背景技术

臭氧是氧的同素异形体，在常温常压下是一种不稳定的淡紫色气体。由于其强氧化性，广泛用于水和空气的脱臭、杀菌，以及废水的脱色和有机物的去除。臭氧可以通过直接和间接两种方式与有机物反应，一是臭氧直接与水中的多种污染物反应，如产生气味的环状脂肪族化合物、三卤甲烷，以及非活性的芳香族化合物；二是臭氧在反应中分解成氧化性更强的羟基自由基(OH)进行间接氧化。单独臭氧降解废水，存在臭氧利用率低，臭氧含量低及降解不彻底等缺点。为了解决这一问题，催化臭氧氧化技术在近几年走进了人们的视野，因为催化臭氧氧化生成的羟基自由基，使反应速率加快，降解的更加彻底，而且是一种无差别的选择性反应。

催化臭氧氧化技术按照所使用的催化剂的不同又可以分为两类：一类是以金属离子为催化剂的均相臭氧氧化，另一类是以金属氧化物(MnO₂、Al₂O₃、TiO₂)、负载型金属氧化物和碳材料等固体材料作为催化剂的非均相臭氧氧化。由于均相催化中存在矿化率低、金属离子的引入产生二次污染、氧化剂利用效率不高诸多问题，需要在臭氧催化氧化反应后进行一定的后续处理，导致了催化氧化工艺的复杂，不适合实际应用，为此，我们提出一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备花生壳粉末：将花生壳用去离子水清洗，清洗后置于烘箱中烘干，然后用粉碎机将烘干后的花生壳粉碎过筛；

S2、制备混合物：所述第一溶液由花生壳粉末、三聚氰胺以及去离子水组成，在制备第一溶液时，选取一定复合比的花生壳粉末和三聚氰胺，超声搅拌至溶解，得到均匀混合物：

S3、将所述混合物烘干，研磨，高温煅烧，得到花生壳三聚氰胺复合材料。

本发明作为进一步优选的：在S1中，所述花生壳用去离子水清洗中，至洗净花生壳为止，清洗后，所述花生壳的烘干温度为80℃-105℃，时间为15-17h，烘干后，所述花生壳粉碎过筛的目数为60-100目。

本发明作为进一步优选的：在S2中，所述花生壳粉末和三聚氰胺的复合比为1∶0.25-5。

本发明作为进一步优选的：所述花生壳粉末和三聚氰胺超声搅拌的时间为60～120min.频率为70-80Hz。

本发明作为进一步优选的：在S3中，所述混合物的烘干时间为15-18h，温度为80-105℃。

本发明作为进一步优选的：所述混合物烘干过后，所述混合物烘干过后，研磨成粉末状，转速为20-30r/min。

本发明作为进一步优选的：所述混合物研磨过后，高温煅烧时，升温速率为3-6℃/min，温度为550-650℃，保温时间为2-4h。

本发明还提供了一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的应用，所述生物炭复合材料用于催化臭氧氧化有机污染物。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明采用废弃生物质花生壳作为原料，将三聚氰胺与其混合制备出新型的生物炭复合材料应用于臭氧催化过程，其复合材料经过高温煅烧后形成的相互堆积的片状结构，增强了其比表面积且高度芳香化，增强了分解臭氧生成羟基自由基的能力，且其复合催化剂制备过程简单，易于实现，催化氧化过程中无金属离子溶出，不会造成二次污染，可应用于城市生活污水、地表水和工业回用水的深度处理过程，本发明对于拓展三聚氰胺负载花生壳粉末在催化臭氧氧化废水中的应用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明不同催化氧化体系中乐果的降解曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1所示的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备花生壳粉末：将花生壳用去离子水清洗，清洗后置于烘箱中烘干，然后用粉碎机将烘干后的花生壳粉碎过筛；

S2、制备混合物：所述第一溶液由花生壳粉末、三聚氰胺以及去离子水组成，在制备第一溶液时，选取一定复合比的花生壳粉末和三聚氰胺，超声搅拌至溶解，得到均匀混合物；

S3、将所述混合物烘干，研磨，高温煅烧，得到花生壳三聚氰胺复合材料。

本实施例中，具体的：在S1中，所述花生壳用去离子水清洗中，至洗净花生壳为止，清洗后，所述花生壳的烘干温度为80℃-105℃，时间为15-17h，烘干后，所述花生壳粉碎过筛的目数为60-100目。

通过采用上述技术方案，可以确定花生壳的烘干温度、时间以及花生壳粉碎过筛的目数，使得能够在不浪费资源的情况下，生产出合格的花生壳粉末

本实施例中，具体的：在S2中，所述花生壳粉末和三聚氰胺的复合比为1∶0.25-5。

通过采用上述技术方案，可以确定花生壳粉末和三聚氰胺的复合比。

本实施例中，具体的：所述花生壳粉末和三聚氰胺超声搅拌的时间为60～120min，频率为70-80Hz。

通过采用上述技术方案，可以将花生壳粉末和三聚氰胺搅拌至溶解。

本实施例中，具体的：在S3中，所述混合物的烘干时间为15-18h，温度为80-105℃。

通过采用上述技术方案，可以把控混合物的烘干时间以及温度。

本实施例中，具体的：所述混合物烘干过后，研磨成粉末状，转速为25-30r/min。

通过采用上述技术方案，可以确定混合物的研磨时间。

本实施例中，具体的：所述混合物研磨过后，高温煅烧时，升温速率为3-6℃/min，温度为550-650℃，保温时间为2-4h。

通过采用上述技术方案，可以在不影响混合物的化学与物理效应的情况下，快速将混合物煅烧。

本发明还提供了一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的应用，所述生物炭复合材料用于催化臭氧氧化有机污染物。

本实施例中：所述有机污染物包括乐果

通过采用上述方案，本研究以乐果作为降解对象，乐果是一种广泛使用且具有较强挥发性的有机磷农药，挥发至大气和沉积在土壤中会污染环境，并最终通过食物链的富集作用转移到人体，产生危害。已有研究表明，即使低剂量的摄入也会对人体产生许多慢性不良影响，如致癌、致畸、致畸、使神经***失调等。因此，研究乐果的降解具有重要意义，是水处理中不容忽视的成分。通过对该污染物的降解研究可以为其它同类型的污染物的降解提供一种降解模式。

下面将结合具体实施例对本申请的花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法、应用进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，该花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：

先将废弃生物质花生壳用清水加些许洗洁精洗干净，平摊在托盘上、放置在烘箱中，设置温度100℃烘干，后用粉碎机将花生壳打碎成粉末状，过80目筛，即制成花生壳粉末，称取比例为1∶0.25的花生壳粉末：三聚氰胺置于烧杯中，加水搅拌、超声至溶解，再将其放入烘箱中设置100℃烘干，取出，研磨成粉末，即得到混合均匀的花生壳粉末/三聚氰胺复合物；之后将其放置在管式炉中，在惰性气氛下，以5℃/min的升温速率，将所述复合材料加热至600℃，保温4h，再经研磨即得所需催化剂。

实施例二

本实施例提供一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，该花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：

先将废弃生物质花生壳用清水加些许洗洁精洗干净，平摊在托盘上、放置在烘箱中，设置温度80℃烘干，后用粉碎机将花生壳打碎成粉末状，过60目筛，即制成花生壳粉末，称取比例为1∶0.25的花生壳粉末：三聚氰胺置于烧杯中，加水搅拌、超声至溶解，再将其放入烘箱中设置80℃烘干，取出，研磨成粉末，即得到混合均匀的花生壳粉末/三聚氰胺复合物；之后将其放置在管式炉中，在惰性气氛下，以3℃/min的升温速率，将所述复合材料加热至550℃，保温2h，再经研磨即得所需催化剂。

实施例三

先将废弃生物质花生壳用清水加些许洗洁精洗干净，平摊在托盘上、放置在烘箱中，设置温度108℃烘干，后用粉碎机将花生壳打碎成粉末状，过100目筛，即制成花生壳粉末，称取比例为1∶5的花生壳粉末：三聚氰胺置于烧杯中，加水搅拌、超声至溶解，再将其放入烘箱中设置108℃烘干，取出，研磨成粉末，即得到混合均匀的花生壳粉末/三聚氰胺复合物；之后将其放置在管式炉中，在惰性气氛下，以6℃/min的升温速率，将所述复合材料加热至650℃，保温4h，再经研磨即得所需催化剂。

实验例一

用实施例一至三制得的催化剂催化乐果，以测试催化效率及催化稳定性，测试结果如表1所示：

实验条件：臭氧浓度＝5mg/min(臭氧流量＝0.5L/min)，[乐果]0＝5mg/L，(花生壳-三聚氰胺)600℃投加量＝500mg/L，花生壳600℃投加量＝500mg/L，[pH]0＝6.0，温度＝20℃。

表1

	乐果降解速率(min<sup>-1</sup>)
		实施例一	0.6342
实施例二	0.8839
		实施例三	0.3497

实验例2

以不添加任何催化剂的臭氧氧化为催化剂，催化乐果；

实验条件：臭氧浓度＝5mg/min，[乐果]0＝5mg/L，(花生壳-三聚氰胺)600℃投加量＝500mg/L，花生壳600℃投加量＝500mg/L，[pH]0＝6.0，温度＝20℃。

测试结果如图2所示。

通过实验例一与实验例二对比得知，利用高温煅烧法制备出了花生壳三聚氰胺生物炭复合材料。当花生壳粉末与三聚氰胺的质量比为1∶0.25时、在惰性气体下以5℃/min加热至600℃以及保温时间为4h时，制备出的花生壳三聚氰胺催化剂具有最佳的催化效果，3min内乐果的降解率可达95％，可以实现快速、高效催化臭氧降解水中微量污染物乐果，比单独臭氧氧化速率提高7倍。

工作原理：利用高温煅烧法制备出了花生壳三聚氰胺生物炭复合材料，由于花生壳是废弃生物质材料，具有无毒、无害、化学结构稳定等特点，水处理过程中不存在金属离子溶出等污染问题，且制备过程简单，易于实现，可应用于城市生活污水、地表水和工业回用水的深度处理过程；本发明创造性的将花生壳与三聚氰胺作为一种复合材料用于臭氧催化过程，(花生壳-三聚氰胺)600℃催化剂提高了臭氧分解产生羟基自由基(OH)的效率，进而加速了水中乐果的降解和去除，未来该催化臭氧体系可用于多种难降解有机物的降解去除，在饮用水、回用水以乃至工业废水处理中具有广阔的应用前景。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备花生壳粉末：将花生壳用去离子水清洗，清洗后置于烘箱中烘干，然后用粉碎机将烘干后的花生壳粉碎过筛；

S2、制备混合物：所述第一溶液由花生壳粉末、三聚氰胺以及去离子水组成，在制备第一溶液时，选取一定复合比的花生壳粉末和三聚氰胺，超声搅拌至溶解，得到均匀混合物：

S3、将所述混合物烘干，研磨，高温煅烧，得到花生壳三聚氰胺复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：在S1中，所述花生壳用去离子水清洗中，至洗净花生壳为止，清洗后，所述花生壳的烘干温度为80℃-105℃，时间为15-17h，烘干后，所述花生壳粉碎过筛的目数为60-100目。

3.根据权利要求1所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：在S2中，所述花生壳粉末和三聚氰胺的复合比为1∶0.25-5。

4.根据权利要求3所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述花生壳粉末和三聚氰胺超声搅拌的时间为60～120min，频率为70-80Hz。

5.根据权利要求1所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：在S3中，所述混合物的烘干时间为15-18h，温度为80-105℃。

6.根据权利要求5所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合物烘干过后，研磨成粉末状，转速为20-30r/min。

7.根据权利要求6所述的一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合物研磨过后，高温煅烧时，升温速率为3-6℃/min，温度为550-650℃，保温时间为2-4h。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的应用，其特征在于：所述生物炭复合材料用于催化臭氧氧化有机污染物。

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