[发明专利]一种基于高性能聚苯胺气凝胶的有机废水处理方法

说明书

本发明公开了一种基于高性能聚苯胺气凝胶的有机废水处理方法。通过在苯胺聚合过程中引入羧基化纤维素纤维以增强聚苯胺的机械强度，同时利用羧基化纤维素纤维丰富的羧基络合Fe³⁺，制备得到具有良好压缩力学性能和优异吸附性能的聚苯胺气凝胶吸附材料。将所得气凝胶投入到有机废水中进行吸附，待吸附饱和后取出置于含有氧化剂的再生溶液中，利用气凝胶中Fe³⁺活化氧化剂产生自由基实现有机吸附质的降解和聚苯胺气凝胶的再生。本发明有效解决了常规聚苯胺吸附材料呈粉末颗粒难以回收、吸附有机物后再生易产生二次污染的问题，为有效净化有机废水提供了新思路和新方法。

技术领域

本发明属于环境治理领域，具体是指一种基于高性能聚苯胺气凝胶的有机废水处理方法。

背景技术

我国作为精细化学品生产大国，有机废水排放量居世界首位。有机废水中有机物含量大，且大多以苯、萘、蒽、醌等芳香基团形式存在，具有成分复杂多变、化学性质稳定、难生物降解等特点。因此，如何高效去除有机废水中有机污染物成为环境治理的难点与热点。在众多处理有机废水的方法中，吸附法因操作简便、处理效率高、能耗低等优点被认为是处理有机废水最有效的方法之一。因此，开发低成本、高性能的吸附材料对环境治理具有重要意义。

聚苯胺因具有成本低、环境稳定性好、比表面积高和吸附活性位点丰富等特点，在吸附去除废水中有机污染物上有着广阔的应用前景。Yan等通过调节传统化学氧化方法合成了三维珊瑚状聚苯胺分层微纳米结构，在pH为2.0及298K条件下，实现了对酸性红G的有效吸附，最大吸附容量高达310mg/g[Polymer,2019,162:130-1]。Akti等通过化学氧化聚合技术合成聚苯胺/沸石复合材料，该材料对酸性紫90染料展现出优异的吸附性能[Journalof Polymers and the Environment,2018,26(11):4233-4242]。虽然聚苯胺及其复合材料对废水中有机物展现了优异的吸附性能，但是在实际应用中仍存在局限性：一是聚苯胺通常呈粉末颗粒状，难以分离回收和重复使用；二是聚苯胺及其复合材料的再生过程主要是通过酸洗或碱洗使得吸附质解吸附，易产生大量的二次废水。因此，开发易回收、不产生二次污染的高性能聚苯胺吸附材料仍极具挑战性。

本发明提供了一种高性能聚苯胺气凝胶制备及其吸附-再生一体化处理有机废水的方法。在苯胺聚合过程中引入羧基化纤维素纤维素增强聚苯胺的机械强度，得到具有良好压缩力学性能和优异吸附性能的聚苯胺气凝胶。此外，制备过程中加入Fe³⁺使之与羧基化纤维素纤维丰富的羧基络合，利用Fe³⁺活化氧化剂产生自由基的高级氧化技术可实现有机吸附质的降解和聚苯胺气凝胶的再生。

本发明聚苯胺气凝胶的制备及其吸附-再生一体化处理有机废水的方法，绿色环保、简单高效，为有效净化有机废水提供了新思路和新方法。

发明内容

本发明提供了一种基于高性能聚苯胺气凝胶的有机废水处理方法。该发明将羧基化纤维素纤维素引入苯胺聚合体系中，利用其与苯胺的氢键作用，增强聚苯胺的机械强度，得到具有良好压缩力学性能和优异吸附性能的聚苯胺气凝胶吸附材料对有机废水中的有机吸附质进行降解处理。

技术方案

一种基于高性能聚苯胺气凝胶的有机废水处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将20mL 0.1～0.5mmol/L的铁盐溶液和0.5～2mL苯胺单体混合，搅拌下缓慢加入0.5～2g羧基化纤维素纤维，10min后取出置于模具中，冷冻5～12h后解冻得到水凝胶，将水凝胶浸泡在含有氧化剂的酸性溶液中7～24h，使苯胺氧化聚合，经乙醇和去离子水洗涤、冷冻干燥，得到聚苯胺气凝胶。

(2)取适量聚苯胺气凝胶投入有机废水中，待吸附饱和后取出置于0.5～5mmol/L再生溶液中30min，实现有机吸附质的降解和聚苯胺气凝胶的再生，再生后的聚苯胺气凝胶可重复使用。