[发明专利]一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法及应用

说明书

本发明公布了一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备及应用，所述多功能材料是一种碳复合材料，其中含有的碳基体对有机污染物有着高效吸附作用，其零价过渡金属和钙钛型复合氧化物对有机污染物有着类芬顿催化降解功能。本发明的有益效果：实现了有机污染物的吸附与催化降解双重功能的复合，不仅有助于通过催化降解实现吸附于材料表面的污染物的安全处理或者材料的再生和循环使用，也有助于提升催化材料的催化活性和稳定性；制备过程简单，原料廉价且易得，具有十分广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术和废弃生物质资源化利用领域，具体涉及一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法。

背景技术

甲壳类废弃生物质，如虾壳和蟹壳等，产量较为丰富，全球年产量为600-800万吨，另外据我国2016年的农业统计数据，我国甲壳类动物年产量为710万吨，至少将产生300万吨左右的废弃甲壳。这类生物质是一种具有层状纳米结构的无机/有机复合材料，主要成分包括20-40％的蛋白质、15-40％几丁质和20-50％的碳酸钙。传统上这类废弃生物质主要用于生产几丁质及其衍生物，但这些产品的炼制过程的成本较高、污染较大；另外这类材料也可以直接作为生物吸附剂，用于营养盐、重金属和有机污染物的吸附，但吸附效率较低。近年来这类废弃物逐渐用于制备各种碳材料用于电容器或污染物的去除，如掺氮活性炭、富氧活性炭和类石墨烯氮掺杂碳纳米片。目前这些利用方式主要利用有机组分，需要去除碳酸钙等无机组分，不能实现甲壳资源全组分利用。

工业生产和人们的日常生活会将各类有机污染物带入环境，引起严重的污染，并威胁生态系统和人类的健康。吸附法是较为常用的有机污染物的去除方法。吸附法因其较简单的操作、较高的效率和较低的成本得到了较广泛的应用。目前已开发出了多种多样的吸附材料，如无机矿物、生物吸附剂、沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)、金属有机骨架材料(MOF)、多孔聚合物材料、各类含碳材料以及它们的复合材料等。申请人在前期研究中利用蟹壳开发出了具有超强有机污染物吸附能力的富钙炭材料，对孔雀石绿和刚果红的最大吸附容量分别可以达到12502和20317mg/g，远高于其它材料；也以真菌菌丝为载体装载了多种纳米材料制成了一系列多功能吸附材料。但吸附法不能降解有机污染物，需要额外的处理以实现吸附于吸附剂表面的污染物的安全处理或者吸附剂的再生和循环使用。目前尚缺乏既能高效吸附有机污染物，也能高效再生和循环使用的吸附剂。

在高级氧化方面，类芬顿催化氧化是发展较快的一种方法。与传统的芬顿氧化相比，类芬顿催化氧化不产生含铁污泥，便于催化剂的回收使用，也适应于更宽的pH范围。类芬顿催化氧化主要利用含过渡金属的材料来催化氧化剂产生活性氧种降解有机污染物，其中铁系材料，如零价铁、氧化亚铁、四氧化三铁，因其环境安全性和较低的成本使得其在催化氧化方面得到了较多的应用。但目前这些催化材料的类芬顿催化活性和稳定性仍有待提高，如需要进行表面改性或负载于对有机污染物具有较高吸附能力的碳材料等载体上。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)将甲壳类动物废弃物洗净并干燥，得到原料Ⅰ；

2)将原料Ⅰ，在隔绝氧气条件下，于300-900℃高温热解0.1-3h，得到甲壳富钙炭；

3)将原料Ⅰ或甲壳富钙炭加入到过渡金属盐溶液中，充分搅拌，混合均匀，得到混料Ⅰ；

4)调节混料ⅠPH至7-12，得到混料Ⅱ；

5)收集混料Ⅱ沉淀，干燥后在无氧和300-1200℃条件下高温处理0-12h，得到碳复合材料。

优选的，步骤1)中所述甲壳类动物废弃物包括：虾壳、龙虾壳、小龙虾壳和蟹壳。

优选的，步骤1)中所述甲壳类动物废弃物为蟹壳。