[发明专利]一种煤矸石原位碳活化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种煤矸石原位碳活化材料及其制备方法和应用，属于催化材料技术领域。本发明提供了一种煤矸石原位碳活化材料的制备方法，包括以下步骤：对煤矸石依次进行机械活化、化学活化、煅烧和官能团嫁接处理，得到煤矸石原位碳活化材料；所述煅烧的气氛为惰性气氛；所述官能团嫁接处理中的官能团为羟基、巯基、氨基、羧基、磺酸基和酰胺基中的至少一种。实施例的结果显示，采用本发明提供的制备方法制备的煤矸石原位碳活化材料在添加量为0.5g/L时，对苯酚(25mg/L)10min的降解率超过87％，对萘(10mg/L)10min的降解率超过85％。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种煤矸石原位碳活化材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，涉煤产业聚集区的污染问题受到了广泛关注。在煤炭产业聚集区，煤炭开采、洗选加工、发电、炼焦、煤气化和废弃物堆放等过程中都会产生煤矸石等固废，同时伴随着对场地、地表水以及地下水的严重污染。尤其是多环芳烃类有机污染物，包括酚、萘、菲、蒽、苯并芘等，对产业区域生态环境造成严重破坏。因此，对涉煤产业聚集区典型污染场地土壤及地下水中有机污染物的治理修复迫在眉睫。

目前现有的有机物净化处理技术如吸附、膜过滤、化学氧化、生物处理等都有各自的局限性，高级氧化技术因其高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点，近年来备受科研工作者关注，尤其是过硫酸盐活化催化技术，是近十多年来兴起的一种快速有效降解水体及场地污染物的前沿技术。过硫酸盐被活化后会产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄^·-)，其标准氧化还原电位(E₀＝+2.5～+3.1V)高于羟基自由基(·OH)(E₀＝+1.8～+2.7V)，且具备更长的半衰期(30～40μs，·OH的半衰期为1μs)，因而可以极大地延长与目标污染物的持续作用时间，促进目标污染物的深度矿化。但目前来说，过硫酸盐在单一的热、电、声、光条件下活化效率不高；而过渡金属离子(Co²⁺、Ce³⁺、Ag⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ni²⁺、Ru³⁺、Mn²⁺等)或过渡金属氧化物(MnO₂、Co₃O₄、Fe₃O₄、ZnFe₂O₄等)在活化过硫酸盐过程中则会引入或浸出金属离子，从而对环境水体或场地造成二次污染；N掺杂石墨烯、N掺杂C纳米管、N掺杂生物炭等碳基材料则面临着能耗高、成本高、制备复杂、效率不高等问题，因而限制了其在水体及场地治理中的大规模应用。例如，中国专利CN201510074018.0公开了一种利用钴掺杂磁性氧化还原石墨烯协同过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法，中国专利CN201710301211.2公开了一种利用铁硫负载多壁碳纳米管强化过硫酸盐去除水中酚类物质的方法，中国专利CN201810234261.8公开了一种利用碳基磁性金属复合材料催化激活过硫酸盐去除水中内分泌干扰物的方法，中国专利CN202010238748.0公开了一种有序介孔碳活化过硫酸盐降解污水中磺胺类抗生素的方法。上述碳基过硫酸盐活化材料原料成本昂贵，制备繁琐，而且活化效率低，难以在实际水体及场地治理中使用。

因此，针对涉煤产业聚集区实际水体及场地中有机污染物难处理、组分复杂、毒性强等特点，采用以废治废的策略，开发出能够高效活化过硫酸盐且环境友好、具备产业化前景的催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矸石原位碳活化材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法制备的煤矸石原位碳活化材料具有有机污染物降解的作用，能够作为催化剂应用于有机物污染废水的处理中，且降解率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种煤矸石原位碳活化材料的制备方法，包括以下步骤：