[发明专利]利用丝瓜络生物炭催化剂活化过硫酸盐去除水体中染料的方法

说明书

本发明公开了一种利用丝瓜络生物炭催化剂活化过硫酸盐去除水体中染料的方法，该方法是利用丝瓜络生物炭催化剂活化过硫酸盐对染料废水进行降解处理，其中丝瓜络生物炭催化剂由丝瓜络经煅烧、酸改性后制得，煅烧的温度为750℃～850℃。本发明中，采用的丝瓜络生物炭催化剂，具有石墨化程度高、整体结构有序、管壁薄、微孔结构丰富、比表面积大、催化活性优异等优点，将其用于活化过硫酸盐以降解水体中染料时，具有操作简单、无需大型设备、成本低廉、应用范围广、使用量少、处理效率高、处理效果好、重复利用性强、环境友好等优点，能够高效降解水体中的染料，有着很好的应用价值。

技术领域

本发明属于丝瓜络回收利用及环境污染物的高级氧化处理领域，具体涉及一种利用丝瓜络生物炭催化剂活化过硫酸盐去除水体中染料的方法。

背景技术

随着印染行业和中间化工体生产行业的发展，大量的染料废水被排入水体，特别是偶氮染料废水，可占到印染废水的三分之二以上，对水体和水体生物造成了严重的危害，而偶氮染料由于其色度高、可生化性差、组分复杂、毒性大等特点成为研究重点和难点。为了实现废水中染料的脱色和矿化，越来越多的研究人员致力于寻找高效、节能、环保、成本更低的染料处理方法。

目前，染料废水的主要处理技术方法可分为破坏性法和非破坏性法。非破坏性方法有吸附法、沉淀过滤法、膜分离法等，可直接去除染料分子，但不能将其降解或矿化；破坏性方法主要有高级氧化法和生物法，这类处理可以直接破坏染料分子的结构或使其矿化。生物法因其经济、效果好而被广泛使用；但其操作复杂，对进水水质要求较高，不适用于高毒性、可生化性差的染料废水。因此，寻找能够高效降解染料且绿色环保的处理方法是当今社会面临的一大难题。

高级氧化法在水处理领域应用最为广泛，该方法采用氧化剂与水体中有机污染物发生反应，破坏污染物的分子结构，使其转化为其他小分子物质甚至将污染物彻底矿化，达到污染物去除的目的。以过硫酸盐(如过硫酸钠，PS)为基础的高级氧化技术被认为是消除染料的一种高效的方法，与基于羟基自由基(·OH-)的高级氧化技术相比，过硫酸盐产生的硫酸根自由基(SO4·-)具有更高的氧化还原电位，更宽的PH值应用范围，更强的目标污染物选择性，更长的半衰期，从而能够更高程度地矿化水中的染料。从基于自由基的降解机理来看，极度活跃的自由基可以通过加成或其他反应与染料分子发生反应，从而破坏染料分子的化学键，或将它们直接矿化为二氧化碳和水。

由于过硫酸盐在室温下非常稳定，活化剂成为过硫酸盐系统的关键，因此许多研究将重点放在过硫酸盐的激活上。目前过硫酸盐活化方法中，热、紫外光、超声波等方法需要高能量和严格的反应条件；过渡金属离子活化需要复杂的后处理才能保持清洁；碱活化需要调节体系的pH值，可能会增加对设备的腐蚀风险。因此，富碳材料生物炭以其孔结构好、比表面积大、成本低、来源广等优点成为流行的高效绿色催化剂。木材、污泥、粪肥、农残等废弃生物质可以通过热化学过程生产生物炭，得到的生物炭将用于活化过硫酸盐，从而产生活性氧(ROS)以降解有机污染物。然而，本申请发明人在前期研究中发现：现有以木材、污泥、粪肥、农残等废弃生物质制得的生物炭，通常是作为吸附剂用于吸附水体中的有机污染物，并未实现有机污染物的彻底去除，且存在后续回收处理复杂、步骤繁琐等问题；另外，即使将其作为催化剂用于活化过硫酸盐，也存在活化效果差、催化剂用量大、处理时间长、水体中染料去除率低等问题，进而难以实现高效降解水体中染料的目的。

因此，获得一种石墨化程度高、整体结构有序、管壁薄、微孔结构丰富、比表面积大、催化活性优异的丝瓜络生物炭催化剂，对于有效活化过硫酸盐并实现对染料的有效降解具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、无需大型设备、成本低廉、应用范围广、使用量少、处理效率高、处理效果好、重复利用性强、环境友好的利用丝瓜络生物炭催化剂活化过硫酸盐去除水体中染料的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。