多孔炭材料的制備方法及其用于處理含油污水的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔炭材料的制備方法及其用于處理含油污水的處理方法,制備方法包括如下步驟(1)將磺基水楊酸鈉置于管式爐中，在惰性氣氛中于800–900℃煅燒至少2h，(2)冷卻至室溫后研磨，放入去離子水中，再加入稀鹽酸，超聲分散至均勻，攪拌后水洗至中性，過濾，烘干后研磨充分，即可制得純凈的多孔炭材料。本發(fā)明首次利用磺基水楊酸鈉制備多孔炭材料；所得到的多孔炭材料具有結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，孔徑分布均勻，孔隙率高且具有新型開放孔道等特點；利用本發(fā)明多孔炭來處理油污水具有很好的效果，能夠使得油污水的濃度大大降低，達到國家環(huán)保排污水的要求。
【專利說明】多孔炭材料的制備方法及其用于處理含油污水的處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種炭材料的制備，特別涉及一種多孔炭材料的制備方法及其用于處理含油污水的處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]含油廢水成分復(fù)雜，可生化性差，對環(huán)境有很大的危害，尤其油污水中的乳化油、分散油分散在水中，常規(guī)方法很難去除。此外，含油污水成分復(fù)雜，可對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞，并且還對人的身體造成傷害。環(huán)境問題變得越來越重要，人們致力于對處理污水的研究。
[0003]目前最常用的油污水處理方法有生物處理法、重力分離法、氣浮法、膜分離法、高級氧化法和活性炭法，所報道過的微生物處理法和生化處理法也有很好的效果。這些方法在一定的范圍內(nèi)效果較明顯，且方法和工藝較先進，但是操作成本高，難以實現(xiàn)大規(guī)模利用。
[0004]中國專利CN1103322C公開了一種含原油污水處理的方法，此方法是將水源經(jīng)過過濾器、高壓泵、反滲透膜管將油水分離，當(dāng)污水通過膜表面時，各種微粒的親水、親油被破壞，污水在膜管中進行，完成乳液顆粒的破乳，從而處理油污水。這種方法操作簡單，油水分離效率高，但是此法成本較高，較難大規(guī)模使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種簡單易行，且能大規(guī)模合成多孔炭材料的方法及其用于處理含油污水的處理方法，即利用高溫炭化磺基水楊酸鈉制備多孔炭材料用于治理油污水；此外調(diào)控多孔炭材料的質(zhì)量和油污水的體積之比來研究油污水的處理，且調(diào)控多孔炭材料在油污水中的吸附時間來研究油污水的處理。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種多孔炭材料的制備方法，包括如下步驟(I)將磺基水楊酸鈉置于管式爐中，在惰性氣氛中于800 - 900°C煅燒至少2h，(2)冷卻至室溫后研磨，放入去離子水中，再加入稀鹽酸，超聲分散至均勻，攪拌后水洗至中性，過濾，烘干后研磨充分，即可制得純凈的多孔炭材料。
[0007]上述的多孔炭材料的制備方法，優(yōu)選所述步驟(I)的煅燒溫度為900°C。
[0008]上述的多孔炭材料的制備方法，優(yōu)選所述步驟(2)中冷卻至室溫后研磨時間至少為0.5小時，例如0.6h、0.8h等；烘干為110°C下烘干6小時。
[0009]上述方法制備的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，按每500ml含油污水加入0.2?5g所述多孔炭材料的量，在含油污水中加入多孔炭材料，充分震蕩后靜置吸附數(shù)小時，例如6小時、8小時、10小時等。
[0010]上述的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，當(dāng)所述含油污水為機械加工用切削液廢液時，處理時加入量為:每500ml廢液，加入Ig所述多孔炭材料。
[0011]上述的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，所述多孔炭材料的靜置吸附時間為6小時。
[0012]本發(fā)明利用磺基水楊酸鈉高溫炭化800°C和900°C制備多孔炭材料，用于油污水的處理，特點在于按以下步驟操作:
[0013]取適量不經(jīng)任何處理的磺基水楊酸鈉于瓷舟內(nèi)，放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化800°C并保持2h，升溫速率設(shè)置為4°C mirT1。同樣稱取定量的磺基水楊酸鈉于瓷周內(nèi)放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化900°C并保持2h，升溫速率也設(shè)置為4°C min_、為了研究得到的兩種不同多孔炭材料的性能，首先將高溫炭化得到的炭材料含Na的鹽洗滌除雜，以得到純凈的多孔炭材料。將炭化后的混合物充分研磨后放入加入去離子水的燒杯中，并加入稀鹽酸適量至溶液顯酸性，將樣品放入超聲儀中保持0.5h后于攪拌器上攪拌6h ;用去離子水洗滌至中性，最后將樣品放入110°C烘箱中保持12h，即可得純凈的多孔炭材料。
[0014]所述惰性氣氛可采用氮氣或氬氣或氮氬混合氣。
[0015]在此處我們首先考察的是高溫炭化溫度對多孔炭性能的影響，分別取5g高溫炭化800°C和900°C的多孔炭材料，隨后放入500mL含油廢水錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，放入高溫炭化900°C多孔炭材料的油污廢水含油量較低，明顯低于放入800°C多孔炭材料的含油量。為了研究多孔炭材料對油污水處理的影響，我們還研究了多孔炭材料的質(zhì)量與油污水的體積t匕，分別取8組待處理廢水500mL于錐形瓶中，按照實驗條件，用10 %的NaOH或10 %的HCl溶液調(diào)節(jié)pH，分別向8組中依次加入900°C高溫煅燒的多孔炭材料，質(zhì)量為0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、lg、1.5g、2g、3g，待均勻震動5min靜置6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。可以看出當(dāng)高溫炭化900°C的多孔炭用量為Ig時，在500mL的油污水中吸附效果最優(yōu)，也就說對于油污水的處理最優(yōu)，此時含油量僅為35mg.L'
[0016]此外，還研究了多孔炭材料在油污水中的吸附時間對油污水處理的影響，取6組500mL的油污水于錐形瓶中，按照實驗條件，用10 %的NaOH或10 %的HCl溶液調(diào)節(jié)pH，分別標(biāo)記為1、2、3、4、5、6。隨后向6組錐形瓶中加入Ig高溫炭化900°C的多孔炭材料，充分震動5min后6組試驗分別靜置2h、4h、5h、6h、7h、8h。待試驗時間達到，分別取6組試驗的上清液用紫外分光光度儀檢測其含油量?？梢缘玫剑?dāng)油污廢水的體積為500mL，多孔炭材料取lg，吸附時間為6h時，油污廢水的含油量最低，也就是吸附效果最優(yōu)。
[0017]本發(fā)明具有積極的效果:(I)首次利用磺基水楊酸鈉制備多孔炭材料；(2)所得到的多孔炭材料具有結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，孔徑分布均勻，孔隙率高且具有新型開放孔道等特點；
(3)通過高溫煅燒制備多孔炭材料，合理的調(diào)控煅燒溫度和吸附時間等因素能有效的處理油污水；(4)本發(fā)明利用多孔炭來處理油污水具有很好的效果，能夠使得油污水的濃度大大降低，達到國家環(huán)保排污水的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為磺基水楊酸鈉炭化800°C、900°C得到的純凈多孔炭材料的XRD花樣。
[0019]圖2(a)為高溫炭化800°C制備的多孔炭材料的掃描照片；圖2 (b)為高溫炭化900°C制備的多孔炭材料的掃描照片。
[0020]圖3為取得不同質(zhì)量的多孔炭材料與油污水剩余油量的關(guān)系圖。
[0021]圖4為高溫炭化900°C制備的多孔炭材料的吸附時間與油污水剩余量得關(guān)系圖。

【具體實施方式】
[0022]本實施方式中利用磺基水楊酸鈉為碳源制備多孔炭材料，在不同溫度下煅燒，制得不同的多孔炭材料:本實施方式油污水為含油的機械加工切削液廢液。
[0023](實施例1)
[0024]利用磺基水楊酸鈉為碳源高溫炭化800°C制備多孔炭材料。
[0025]取適量不經(jīng)任何處理的磺基水楊酸鈉于瓷舟內(nèi)，研磨充分后放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化800°C并保持2h，升溫速率設(shè)置為4°C mirT1，即可制備多孔炭材料。首先將高溫炭化得到的炭材料含Na的鹽洗滌除雜，以得到純凈的多孔炭材料。將炭化后的混合物充分研磨后放入加入去離子水的燒杯中，并加入稀鹽酸適量至溶液顯酸性，將樣品放入超聲儀中保持0.5h后于攪拌器上攪拌6h ;用去離子水洗滌至中性，最后將樣品放入110°C烘箱中保持12h，即可得純凈的多孔炭材料
[0026]取5g高溫炭化800°C的多孔炭材料，隨后放入500mL的油污水錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。
[0027](實施例2)
[0028]利用磺基水楊酸鈉為碳源高溫炭化900°C制備多孔炭材料。
[0029]隨后稱取定量的磺基水楊酸鈉于瓷舟內(nèi)放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化900°C并保持2h，同樣升溫速率設(shè)置為4°C mirT1。為了研究得到的兩種不同多孔炭材料的性能，首先將高溫炭化得到的炭材料含Na的鹽洗滌除雜，以得到純凈的多孔炭材料。將炭化后的混合物充分研磨后放入加入去離子水的燒杯中，并加入稀鹽酸適量至溶液顯酸性，將樣品放入超聲儀中保持0.5h后于攪拌器上攪拌6h ;用去離子水洗滌至中性，最后將樣品放入110°C烘箱中保持12h，即可得純凈的多孔炭材料。
[0030]分別取0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、lg、l.5g、2g、3g,高溫炭化 900°C 的多孔炭材料，隨后放入500mL含油的機械加工切削液廢液錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。其中加入Ig的含油量最低。
[0031]對實施例1和2制備的多孔炭材料進行討論和分析
[0032]通過X射線衍射儀技術(shù)可以分析多孔炭材料的成分、結(jié)晶度和純度。圖1中所示的(a) (b)分別為炭化800°C和900°C得到的多孔炭材料的XRD花樣，三個花樣具有相似的形狀，2Θ的范圍在3?80°，且都呈現(xiàn)無定形炭和石墨化較低的炭。同時，三個花樣也有些差距，在23.0°和44.0°峰值處存在不同，這兩個度數(shù)接近石墨的(002)和(101)晶面。
[0033]FESEM技術(shù)形象的顯示出不同溫度下炭化所得多孔炭的形貌和尺寸大小。圖2 (a)(b)分別為高溫炭化800°C、90(TC得到的多孔炭材料的掃描圖片，在圖中可以看出兩種多孔炭材料都顯示出多孔性，且孔徑結(jié)構(gòu)分布均勻。還可以看出當(dāng)高溫炭化溫度為900°C時，多孔炭的多孔性更加明顯，孔徑大小分布較均勻。
[0034]本實施例研究不同溫度下炭化的多孔炭材料對油污水處理的影響，分別取待處理廢水500mL于錐形瓶中，按照實驗條件，用10%的NaOH或10%的HCl溶液調(diào)節(jié)pH，靜置6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。在此處我們首先考察的是高溫炭化溫度對多孔炭性能的影響，分別取5g高溫炭化800°C和900°C的多孔炭材料，隨后放入500mL含油廢水錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，放入高溫炭化900°C多孔炭材料的油污廢水含油量較低，明顯低于放入800°C多孔炭材料的含油量。
[0035]此外研究了多孔炭材料在油污水中的吸附時間對油污水處理的影響，取6組500mL的油污水于錐形瓶中，分別標(biāo)記為1、2、3、4、5、6。分別向6組錐形瓶中加入Ig高溫炭化900°C的多孔炭材料，充分震動5min后6組試驗分別靜置2h、4h、5h、6h、7h、8h。待試驗時間達到，分別取6組試驗的上清液用紫外分光光度儀檢測其含油量，其數(shù)值對比圖如圖1.4所示。在圖中可以看出，當(dāng)油污廢水的體積為500mL,高溫炭化多孔炭材料取Ig時，吸附時間為6h時，油污廢水的含油量最低，也就是吸附效果最優(yōu)。此時，由于多孔炭的高比表面積和孔徑結(jié)構(gòu)分布均勻使得多孔炭吸附時間為6h時處理油污廢水的效果最好。
[0036](實施例3)
[0037]利用磺基水楊酸鈉為碳源高溫炭化850°C制備多孔炭材料。
[0038]取適量不經(jīng)任何處理的磺基水楊酸鈉于瓷舟內(nèi)，研磨充分后放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化850°C并保持2.5h，升溫速率設(shè)置為4°C mirT1，即可制備多孔炭材料。首先將高溫炭化得到的炭材料含Na的鹽洗滌除雜，以得到純凈的多孔炭材料。將炭化后的混合物充分研磨后放入加入去離子水的燒杯中，并加入稀鹽酸適量至溶液顯酸性，將樣品放入超聲儀中保持0.6h后于攪拌器上攪拌6h ;用去離子水洗滌至中性，最后將樣品放入110°C烘箱中保持12h，即可得純凈的多孔炭材料
[0039]取5g高溫炭化850°C的多孔炭材料，隨后放入500mL含油廢水錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。
[0040](實施例4)
[0041]利用磺基水楊酸鈉為碳源高溫炭化880°C制備多孔炭材料。
[0042]取適量不經(jīng)任何處理的磺基水楊酸鈉于瓷舟內(nèi)，研磨充分后放入充滿氬氣氛圍的管式爐中，高溫炭化880°C并保持3h，升溫速率設(shè)置為4°C mirT1，即可制備多孔炭材料。首先將高溫炭化得到的炭材料含Na的鹽洗滌除雜，以得到純凈的多孔炭材料。將炭化后的混合物充分研磨后放入加入去離子水的燒杯中，并加入稀鹽酸適量至溶液顯酸性，將樣品放入超聲儀中保持Ih后于攪拌器上攪拌6h ;用去離子水洗滌至中性，最后將樣品放入110°C烘箱中保持12h，即可得純凈的多孔炭材料
[0043]取5g高溫炭化880°C的多孔炭材料，隨后放入500mL含油廢水錐形瓶中，充分震動5min后靜置；6h后取上清液用紫外分光光度法測定油的含量。
[0044]
多孔炭材料的煅燒溫多孔炭質(zhì)量(g) 廢水油量剩余質(zhì)量_度(cC)___(mg.L-1)_
實施例11 800550
實施例2I
900525
to^^^w4to'
_I_^_I_
[0045]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔炭材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟(I)將磺基水楊酸鈉置于管式爐中,在惰性氣氛中于800 - 900°C煅燒至少2h，(2)冷卻至室溫后研磨，放入去離子水中，再加入稀鹽酸，超聲分散至均勻，攪拌后水洗至中性，過濾，烘干后研磨充分，即可制得純凈的多孔炭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)的煅燒溫度為900°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔炭材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中冷卻至室溫后研磨時間至少為0.5小時；烘干為110°C下烘干6小時。
4.一種如權(quán)利要求1?3任一所述方法制備的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，其特征在于:按每500ml含油污水，0.2?5g所述多孔炭材料的量，在含油污水中加入多孔炭材料，充分震蕩后靜置吸附數(shù)小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，其特征在于:當(dāng)所述含油污水為機械加工用切削液廢液時，加入量為:每500ml廢液Ig所述多孔炭材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多孔炭材料用于處理含油污水的處理方法，其特征在于:所述多孔炭材料的靜置吸附時間為6小時。
【文檔編號】C02F1/28GK104190355SQ201410326281
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】葛坤玉, 陳祥迎 申請人:常州合肥工業(yè)大學(xué)研究院, 合肥工業(yè)大學(xué)