[发明专利]一种负载铁酸铜的活性炭纤维及其制备方法、应用和降解活性偶氮染料废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，更具体地说，涉及一种负载铁酸铜的活性炭纤维及其制备方法、应用和降解活性偶氮染料废水的方法。

背景技术

随着染料化学工业的发展，合成染料被广泛应用于纺织、皮革、食品、日用化工等行业中。我国目前是染料生产大国，2010年染料产量已达75.6万_t，约占世界染料的60%。人工合成的染料中约50%以上是偶氮染料，此外偶氮染料是纺织品服装在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。由于在有氧条件下，偶氮染料不易分解而长期存在于环境中，在厌氧条件下易被微生物还原成更难分解的芳香胺，从而导致此类废水COD值很高、色度大、稳定且难降解。因此，偶氮染料废水必须得到有效的处理。

目前，偶氮染料废水的处理方法主要有生物法、物理法和化学法。而生物法包括厌氧工艺处理时间长，且难以降低其毒性，造成许多毒性更大的产物。物理方法包括电凝法、吸附法、膜分离法以及絮凝法，这些物理方法往往适应性差，此外被吸附或截留下来的污染物，因不仅包含染料还有其他添加剂，染料难以回收利用，对处理后的固体还需二次处理，增加了处理过程与费用。化学法如光催化降解，臭氧氧化法，虽然不带来二次污染，但处理时间比较长，成本较高。微波诱导催化氧化技术近年来已成为广大环境工作者关注的热点之一，由于其快速、高效且无二次污染的优点而备受研究者们的青睐。在微波辐射下，将微波能作用于催化剂或其载体上发生诱导催化反应，加入少量的H₂O₂作为氧化剂，能更快地降解废水，但是还没有理论表明其能在活性偶氮染料废水进行应用。

活性炭纤维是近年来发展起来的新型高效吸附材料，而且由于其相比颗粒活性碳有着比较大的比表面积以及有大量的微孔，并具有耐酸碱、耐腐蚀的特性，故已作为很多催化剂的载体，加上它能被制成毡、布、纸等不同的形状，已成为广泛应用的环保工程材料。此外，活性炭纤维属于碳质材料，因此具有很强的微波吸收性能，已被作为微波诱导催化剂用于水相中染料废水的降解研究中。但一旦吸附饱和，脱附后易产生二次污染，且不能重复利用。

作为铁氧体材料的一种，铁酸铜具有很好的微波吸收性能及磁学性能。在H₂O₂存在下形成类Fenton试剂，经过微波的辐照，可产生强氧化能力的羟基自由基，能够加快偶氮染料废水中的偶氮键断裂，从而快速降解废水。本实验室已将铁酸铜作为催化剂，研究了其在微波条件下催化氧化染料废水（Hongzhe Chen,Shaogui Yang,Jiao Chang,Kai Yu,Dongfang Li,Cheng Sun,Aimin Li,Efficient degradation of crystal violet in magnetic CuFe2O4aqueous solution coupled with microwave radiation,Chemosphere,89（2）,185–189），但纳米粒径的铁酸铜粉末在处理工程中易流失，也造成反应器的堵塞，不大容易回收，故在实际应用中很难推广。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有处理活性偶氮染料废水所用的催化剂在反应过程中容易流失、降解染料废水速度慢的问题，本发明提供一种负载铁酸铜的活性炭纤维及其制备方法、应用和降解活性偶氮染料废水的方法，并且能够高效快速降解染料废水。

2.技术方案

为了解决以上问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种负载铁酸铜的活性炭纤维的制备方法，其步骤为：

（1）将质量比为3:10的硝酸铜和硝酸铁溶解于水中，在50-70℃水浴条件下搅拌；

（2）向步骤（1）的溶液中加入柠檬酸作为络合剂，升温至70-90℃，继续搅拌以形成溶胶；

（3）将活性炭纤维毡剪成小块，在去离子水中煮沸1-2小时，以去除其中的挥发性物质，然后在烘箱中烘干；

（4）将步骤（3）中处理后的炭纤维毡浸渍于步骤（2）中获得的溶胶中，然后升温至90-100℃；以蒸发溶剂；

（5）将步骤（4）处理后的炭纤维毡放在恒温鼓风干燥箱中烘干，得到负载铁酸铜的炭纤维；

（6）将步骤（5）处理后的负载铁酸铜的炭纤维在氮气气氛中管式炉下煅烧2-3小时，即可得到负载铁酸铜的活性炭纤维。