[发明专利]一种非金属改性碳纤维的制备方法及其应用

说明书

本发明提出了一种非金属改性碳纤维的制备方法及其应用，采用方法的要点是将碳纤维与硝酸混合反应，反应后的碳纤维经洗涤烘干后与配制的非金属前驱体溶液混合水浴至液体完全挥发，将反应后的碳纤维置于管式炉中煅烧，与硫酸混合反应，洗涤烘干得到非金属改性碳纤维。本发明制作简单，反应条件温和，可在pH=3‑12的条件下实现对抗生素污染水体中抗生素的高效降解，且具有重复使用性能，本发明为非金属催化剂克服了现有金属基催化剂反应过程中有金属离子溢出对环境有二次污染的问题，成本投入低，操作简单，在实际抗生素污染废水处理中具有极大的应用前景。

技术领域

本发明涉及改性碳纤维的制备方法，特别涉及一种非金属改性碳纤维的制备方法及其应用，属于化学与污水治理领域。

背景技术

抗生素是一种新型环境污染物，常随养殖废水、医疗废水的大量排放而进入地表和地下水体。由于抗生素类繁多、本身结构复杂、去除难度大，在人、畜体内代谢率极低，对水体环境及人类健康造成了严重的危害。因此，如何高效地去除水体中的抗生素是目前国内外水处理的难点和热点。

目前，常用的水处理技术主要有：物理处理法(如物理吸附法)、物化处理法(如电化学降解法)、生物处理法(如微生物处理法)等。虽然这些常规的水处理技术能一定程度上去除抗生素，但存在去除效率低、需要外加能量投入且操作较为复杂等弊端，限制了对实际抗生素污染水体的治理。随着水处理技术的不断更新和改进，高级氧化技术已成为现在应用最广的处理手段之一。高级氧化技术是通过向待治理水体中加入催化剂与氧化剂，反应产生氧化能力极强的活性种，与水体中的中的有机污染物直接作用，进而使有机污染物被降解成低毒性、易生物降解的小分子，甚至直接矿化为无机物，从而达到对污染物彻底去除的效果。

在众多涌现的用于高级氧化技术的催化剂中，金属基催化剂以其催化性能强及氧化剂利用率高等优势受到了环境催化领域研究者们的大量研究。如公开号CN105195150B“一种制备高效Fe3O4/FeAlO2复合膜层类芬顿催化剂的方法和应用”公开了一种高效Fe3O4/FeAlO2复合膜层类芬顿催化剂的制备方法及其催化效果，结果发现，制备的Fe3O4/FeAlO2复合膜层类芬顿催化剂能够有效活化双氧水，在60min内实现对苯酚高达100％的降解。公开号CN 106362746 B“一种磁性类芬顿催化剂及其制备方法和应用”公开了一种通过(1)制备磁性四氧化三铁核芯；(2)使核芯包覆二氧化硅膜得到催化活性成分；(3)将催化活性成分负载于石墨烯材料上等步骤合成一种磁性类芬顿催化剂的方法，并发现所制备的催化剂能够活化双氧水在90min内对环丙沙星的降解率高达95.1％。尽管上述金属基催化剂能活化氧化剂实现对水体中污染物的降解，但仍然存在催化效率不高的弊端，不仅如此，由于金属基催化剂在使用过程中都会有一定程度的金属离子溢出，大多数金属离子都存在有一定的毒性并且在水体中稳定性较差容易形成淤泥，从而对环境造成了二次污染等问题，因此不适合实际抗生素污染水体的治理。

发明内容

为了解决现有治理抗生素污染水体的高级氧化技术中金属基催化剂存在的催化剂稳定性差、pH适应范围窄以及有金属离子溢出对环境造成二次污染等弊端，本发明提供了一种非金属改性碳纤维的制备方法及其应用，该制备方法将碳纤维与硝酸混合反应，反应后的碳纤维经洗涤烘干后与配制的非金属前驱体溶液混合水浴至液体完全挥发，将反应后的碳纤维置于管式炉中煅烧，与硫酸混合反应，洗涤烘干得到非金属改性碳纤维。本发明制作简单，反应条件温和，可在pH＝3-12的条件下实现对抗生素污染水体中抗生素的高效降解，且具有重复使用性能，本发明为非金属催化剂克服了现有金属基催化剂反应过程中有金属离子溢出对环境有二次污染的问题，成本投入低，操作简单，在实际抗生素污染废水处理中具有极大的应用前景。

一种非金属改性碳纤维的制备方法，其具体步骤如下：

1)将非金属前驱体溶解成浓度为0.002-0.2mol/L的溶液；