[发明专利]炭基材料催化剂及其使用方法和应用

说明书

本发明公开了一种炭基材料催化剂及其使用方法和应用，属于污水处理领域。所述炭基材料催化剂由秸秆生物炭和过硫酸钠组成，所述秸秆生物炭和过硫酸钠的质量比为5:6。本发明通过优化生物炭的焙烧方法，提高其对过硫酸钠的活化性，从而产生更多的硫酸根自由基和羟基自由基，提高对有机污染物的降解效率。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是指一种炭基材料催化剂及其使用方法和应用。

背景技术

高级氧化技术又称深度氧化技术，通常应用于废水处理、污水处理中。以产生具有强氧化能力的羟基自由基为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。在该技术当中，通过活化过硫酸盐降解有机物的方式较为常见。目前，活化过硫酸盐主要方法有利用光、热、微波辐射等外部能量活化，该方法需消耗大量能量，实际应用过程中，对所使用的环境条件要求较为严格；利用纳米零价铁或过渡金属离子对其进行活化，该方法较比前一种应用条件较为简单，但是经济实用性较弱，在实际应用过程中体系较不稳定，随着体系pH值的波动，容易产生金属絮状沉淀物，产生二次污染；利用炭基材料对其活化，该方法常见的活化剂有活性炭、石墨烯、氧化石墨烯等，石墨烯材料作为活化材料效果理想，但其价格昂贵，不适合大批量使用，活性炭材料价格低廉，实际应用价值较高，但因其种类繁多，制造工艺不同，因此所产生的活化效果有所差异。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种方法绿色环保、无毒、所需能耗较低，经济实用性强；化学性质稳定，可反复使用，且不会对周围环境造成污染的炭基材料催化剂及其使用方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供了一种炭基材料催化剂，由秸秆生物炭和过硫酸钠组成，所述秸秆生物炭和过硫酸钠的质量比为5:6。

进一步的，所述秸秆生物炭的制备方法包括：

步骤1：将玉米秸秆用去离子水冲洗干净后，在100℃-120℃条件下烘干3-5h；

步骤2：将烘干后的秸秆劈开，去除秸秆芯，留取秸秆壳，利用破碎机将秸秆壳进行反复破碎，直至秸秆壳成粉末状，过筛；

步骤3:将秸秆壳粉末在通氮气条件下进行焙烧，降温过程为自然冷却至室温；

步骤4：用10％的稀盐酸溶液浸泡焙烧好的秸秆生物炭，分别用去离子水和乙醇交替冲洗秸秆生物炭各三次，烘干即得。

进一步的，所述步骤3中，焙烧温度为300℃-1200℃，焙烧时间为3h-5h，升温速率为5℃/min。

进一步的，所述步骤2中，筛网粒径为100目。

进一步的，所述步骤4中，浸泡时间为12h-24h，烘干的条件为100℃条件下烘干12h。

另一方面，本发明还提供上述炭基材料催化剂的使用方法，将秸秆生物炭加水混合后，加压注入至含水层后，将过硫酸钠注入含水层中降解目标污染物。

优选的，所述秸秆生物炭与水的重量比为3:7，过硫酸钠与目标污染物的摩尔比为5:1，注入压力10.00MPa。

再一方面，本发明还提供上述炭基材料催化剂的应用，应用于处理含有机污染物的地下水。

优选的，所述有机物为苯、苯酚、苯胺、二氯乙烯。

本发明具有以下有益效果：

1本发明原材料来源充足，无需对体系的初始条件(pH值与温度)进行调整，避免了强酸强碱对污染场地造成二次污染，该方法绿色环保、无毒、所需能耗较低，经济实用性强，化学性质稳定，易存放的特点；

2该体系对含有苯、苯酚、苯胺、二氯乙烯等有机物的地下水处理效果明显，矿化度较高；