[发明专利]一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于一种活性炭技术领域，尤其涉及一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法及其应用。

背景技术

目前，众多研究证实碳基材料由于具有成本低、无污染、化学组成可调控性等优点，在废水处理高级氧化技术中具有广阔的使用前景。表现在碳基材料可以有效活化过硫酸盐生成强氧化性地硫酸根自由基，进而高效氧化有机废水中的难降解有机污染物质。显著地，可通过掺杂杂原子和设计孔结构等手段提高碳材料的物理化学特性和过硫酸盐催化活性。研究显示，在活性炭上掺杂硫原子，可大大提高活性炭的催化活性，因为插入到碳晶格中的S原子将改变邻近碳原子的自旋密度，打破sp2杂化碳的惰性，从而提高活性炭的催化活性。另外，S原子的插入使其产生更多的缺陷位，从而进一步提高活性炭催化活性。通常制备掺硫活性炭的方法有两种，表面掺杂和原位掺杂。由于原位掺杂可将含硫官能团均匀分布在碳基质中，且避免了表面掺杂存在的孔道堵塞，比表面积减小，含硫官能团溶出等问题，越来越受到广泛地关注。常规原位掺杂的方法，主要包括热解离子液体、生物分子、聚合物，化学气相沉积，火焰热解等方法，其中热解含硫聚合物被认为是最常用有效地方法。而目前所采用的聚合物往往是由其它相应化学试剂合成，存在成本高、操作复杂、条件苛刻、消耗时间长等缺点。考虑到聚苯硫醚由于其具有卓越的机械强度、热稳定性、耐酸碱性，在工业生产中得到广泛应用的同时伴随产生大量的聚苯硫醚废弃物，而聚苯硫醚具有难生物降解性，是一种潜在的环境污染物。若将聚苯硫醚废弃物转化生成活性炭，无疑是提高资源利用率的有效途径。

截止目前，以聚苯硫醚作为硫源、碳源制备原位掺硫活性炭的未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法。

本发明的另一目的在于提供制备的原位掺硫活性炭在活化过硫酸盐降解难降解有机废水中有机污染物的应用。

针对现有技术中的不足，本发明采用如下技术方案：

一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法，包括以下步骤：

(1)将作为碳源和硫源的聚苯硫醚废弃物与活化剂混合均匀，置于氮气氛围中进行焙烧，在氮气氛围中自然冷却，得到碳化样品；

(2)用HCl洗涤碳化样品，再用蒸馏水洗涤至上清液呈中性，将其干燥，得到原位掺硫活性炭。

优选的，所述活化剂为KOH、K₂CO₃、NaOH、Na₂CO₃中的一种或几种。

优选的，所述聚苯硫醚废弃物和活化剂的质量比为1：0.5–6。

优选的，步骤1)焙烧条件为：在氮气氛围中，以2–10℃/min的速度升温到600–900℃，并在此温度下保持0.5–3h，反应后在氮气氛围中自然冷却至室温。

优选的，步骤2)洗涤条件为：用5wt％–15wt％的HCl洗涤碳化样品，再用蒸馏水洗涤至上清液呈中性后，将其在100–120℃的条件下干燥10–20h，得到原位掺硫活性炭。

上述制备的原位掺硫活性炭在活化过硫酸盐降解难降解有机废水中有机污染物的应用，包括如下步骤：

在常温条件下，向废水溶液中投加过硫酸盐，使过硫酸盐与有机污染物摩尔比为3–50：1，再向其中按0.05–0.15g/L投加原位掺硫活性炭作为催化剂，对水样处理20min–210min，然后进行固液分离，处理过程即完成。

优选的，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠中的任意一种。

优选的，所述制备的原位掺硫活性炭适用于高浓度、难生物降解的农药、煤化工、印染、造纸、制药、化妆品等生产行业的有机废水处理。

本发明的有益效果是：

本发明的制备方法操作简便，成本低，反应条件易于控制；实现了废物资源化利用，解决了聚苯硫醚废弃物二次污染风险，资源化利用效率低等问题；制备得到原位掺硫活性炭具有比表面积大、硫含量高的特点，其中比表面积可达800m²/g–2800m²/g，硫含量可达3.3wt.％–19.4wt.％；制备得到原位掺硫活性炭具有高过硫酸盐催化活性，可快速降解有机废水中多种难降解有机物，在所选操作条件范围内，浓度为100mg/L以内的有机物降解率可达80％-100％，因此具有潜在商业应用价值。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1

一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法，包括以下步骤：