[发明专利]一种利用水体微塑料混凝絮体制备空心碳纳米饼的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种利用水体微塑料混凝絮体制备空心碳纳米饼的方法，包括：通过将水体：助凝剂：无机混凝剂：有机絮凝剂按质量复配比例为1,000,000：(10～200)：(1～10)：(5～50)对含微塑料水体进行混凝，获得微塑料混凝絮体；采用陶瓷坩埚放入管式炉中进行热解，以特定的加热速度上升至目标温度，并在恒温下热解一定时间，使用惰性气体作为保护气体；将管式炉降至室温后，将样品进行研磨、粉碎，获得空心碳纳米饼；制备得到的空心碳纳米饼HCNC，该空心碳纳米饼HCNC为包含铁元素的碳纳米饼，直径范围为200～500nm，厚度为20～100nm，铁原子含量为20～50％。该方法易于操作、可重复性好、极具应用前景，对可持续发展的废水处理技术的发展应用提供了新的方向。

技术领域

本发明属于污水处理资源化技术领域，特别涉及一种利用水体微塑料混凝絮体制备空心碳纳米饼的方法及其应用。

背景技术

微塑料广泛存在于海洋生态系统、淡水生态系统、土壤和沉积物中，甚至在饮用水、人类粪便、极地环境中也有存在。它不仅可通过摄食作用对生物产生物理性伤害，也可以释放或吸附有毒有害污染物，对生态环境产生直接或间接毒理效应。絮凝沉降是目前较为常用的微塑料去除技术，可通过在污水中加入絮凝剂改变微塑料的表面性质，使微塑料之间的吸引能大于排斥能，并聚集成大块絮团而沉淀去除。然而，其处置过程中不可避免地产生了大量絮状污泥，极易造成二次污染，但目前并没有较好的解决方案。

众所周知，热解工艺是现阶段废塑料资源化的重要手段之一，可用于制备焦炭、裂解油及裂解气。热解工艺技术为微塑料混凝絮体的再利用提供了新思路。但微塑料混凝絮体中的杂质多，使得其产油和产气效率很低。与此同时，微塑料混凝絮体不确定的成分组成使得其热解焦炭的形貌及孔隙具有不可控性，因此微塑料混凝絮体的再利用产业化前景不明朗。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提出了一种利用水体微塑料混凝絮体制备空心碳纳米饼的方法。

本发明的第一方面，提出了一种利用水体微塑料混凝絮体制备空心碳纳米饼的方法，包括以下步骤：

S1、通过将水体(以水密度1kg/L计算)：助凝剂：无机混凝剂：有机絮凝剂按质量复配比例为1,000,000：(10～200)：(1～10)：(5～50)对含微塑料水体进行混凝，获得微塑料混凝絮体；

S2、将得到的微塑料混凝絮体采用陶瓷坩埚放入管式炉中进行热解，以特定的加热速度上升至目标温度，并在恒温下热解一定时间，使用惰性气体作为保护气体；

S3、将管式炉降至室温后，将降至室温后的样品进行研磨、粉碎，获得空心碳纳米饼HCNC。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述助凝剂为纳米微电解材料，具体制备方法详见中国专利号CN201710247676.4，用于去除四环素类污染物的纳米微电解材料的制备方法。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述无机混凝剂选自聚合硫酸铁PS、聚合氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁、明矾中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述有机絮凝剂选自聚丙烯酰胺PAM、聚丙烯酰胺的加碱水解物、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙、苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述特定的加热速度为5～15℃；所述目标温度为500～900℃；所述热解一定时间为0.5h～4小时。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述惰性气氛为氮气、氩气、氦气或者二氧化碳气体中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述空心碳纳米饼HCNC为包含铁元素的碳纳米饼，直径范围为200～500nm，厚度为20～100nm，铁原子含量为20～50％。