以废弃尿不湿为原材料合成非金属碳催化剂的方法与流程

本发明属于非金属碳催化剂制备和应用技术领域，涉及一种以废弃尿不湿为原材料的非金属碳催化剂及其合成和应用。

背景技术：

近年来，随着焦化、制药、石化、印染、化工等行业的迅猛发展，含有各种难降解有机物的废水引发的生态问题越来越严重。这些废水中大部分含有多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机农药等有毒难降解的有机污染物。这些污染物成分复杂，毒性大，一旦排入环境将会对生态环境和人类健康安全造成极大影响，然而传统的生物化学方法很难处理这些难降解有机物。对此类难降解有机废水的处理，一直是近几年水处理领域中的热点和难点。

针对此问题，高级氧化技术作为一种高效处理工艺得到了广泛的关注和应用。其中，基于羟基自由基的芬顿法去除水中的难降解有机物表现出很高的效率。近年来，基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术由于在降解水中持久性有机污染物上表现出突出的优势引发了越来越多科研人员的研究兴趣硫酸根自由基具有高的氧化还原电位(2.5～3.1v)，并且与大多数有机物反应以近扩散控制速率的速度发生氧化反应。同时，过硫酸盐多为固态，易于储存和运输，在环境中相对较稳定，水溶性较好，因此在实际应用中，其相对于其他的氧化剂具有明显的优势。单过硫酸盐(pms)、过二硫酸盐(ps)等常用于产生硫酸根自由基。由于过硫酸盐的显著优点，在地下水和土壤的原位化学修复及去除难降解有机物的应用上，过硫酸盐新型高级氧化技术受到更多重视。

目前，过硫酸盐新型高级氧化技术使用的催化剂分为两大类：一类是传统的金属氧化物(fe3o4、cuo、co3o4、mno2)催化剂，另一类是以碳纳米管、碳纤维、富勒烯、氧化石墨烯为代表的新型碳材料。研究表明新型碳材料因其独特的结构和化学特性，在环境污染物治理领域展示了良好的性能。近年来对石墨烯及类石墨烯材料的环境应用研究也越来越多，比如：研究了氧化石墨烯复合材料光催化降解有机物的效果；使用改性氧化石墨烯作为吸附剂，用于环境污染物的去除和痕量污染物的富集分析也被多次报道。氧化石墨烯优异的电子传递能力，丰富的功能基团和表面及边缘的缺陷结构使其在光催化、化学催化氧化中的应用前景广阔。而通过对其进行化学修饰，如非金属元素氮、磷、硫的掺杂，和金属氧化物形成复合材料更是拓宽了该材料的应用。氮掺杂氧化石墨烯后，其对bpa的吸附容量与其活化过硫酸盐降解bpa的反应速率常数较于普通氧化石墨烯有很大的提高，降解效率显著提高。但是石墨烯材料由于其繁琐制备过程带来生产成本的提高尚未得到解决，难以在环境治理方面广泛应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以废弃尿不湿为原材料合成非金属碳催化剂的方法，主要是通过寻找一种高效无污染且经济实用的催化剂来代替石墨烯类催化剂在高级氧化技术上的应用，以该氮掺杂多孔碳材料为催化剂,过硫酸盐为氧化剂,催化形成高活性的含氧物种,对水体中常见有机污染物展现出优异的降解效果，出水水质澄清透明。同时巧妙的运用婴儿废弃尿不湿中的高分子树脂为碳源，婴儿尿液中大量的含氮物质为氮源合成的催化剂，以废治污，绿色环保。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出了一种以废弃尿不湿为原材料合成非金属碳催化剂的方法，以废弃尿不湿为原料，取出其中吸收婴儿尿液的高吸水树脂sap，高温碳化，水洗，干燥，得到活性材料n-sap800，即为目的产物非金属碳催化剂。

进一步的，高温碳化的工艺条件为：在800℃下处理3h。

本发明的目的之二在于提出了一种非金属碳催化剂，其采用上述方法合成。

本发明的目的之三在于提出了上述非金属碳催化剂在处理有机废水中的应用。

进一步的，在处理有机废水时，先调节有机废水的ph＝7，然后，依次加入所述活性材料n-sap800和过硫酸盐，震荡反应，即实现对有机废水的降解处理。

更进一步的，有机废水中的目标有机污染物浓度为10-50mg/l，活性材料n-sap800的加入量为0.1-0.5g/l有机废水，过硫酸盐的加入量为0.5-3.0mmol/l有机废水。

更进一步的，所述的过硫酸盐为oxone(过硫酸氢钾复合盐)。

更进一步的，震荡反应的条件为：温度为25℃，反应时间为1h。

进一步的，所述的有机废水为染料废水、含酚类废水或医药类废水等。

本发明合成的非金属碳催化剂在处理有机废水时，运用的是非自由基氧化原理，其主要活性物质单线态氧(¹o2)较其它自由基类氧化活性物种(o2^-·、oh·、so4^2-·)相比在水溶液中具有最长的存活时间(10^-6～10^-3秒)，克服了自由基在实际水体中易被猝灭的缺点，可有效的抵抗水中背景有机物及无机物的干扰高效的氧化和矿化有机污染物。与经典的自由基氧化体系相比，¹o2介导的氧化体系在有机物污染的实际水体物的修复技术具有突出的优势。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)以废旧尿不湿为原材料制得可应用于有机废水处理的催化剂，有效提高了废旧尿不湿的资源化处理水平，实现了“以废治污”。

(2)催化剂制备过程无任何污染溶液，及有毒或难处理物质添加，简单的一步高温碳化，绿色无污染。极具实用价值和经济效益。

(3)与传统的自由基氧化体系相比，¹o2介导的氧化体系在有机物污染的实际水体物的修复技术具有突出的优势。

附图说明

图1为实施例1制得的活性材料n-sap800与sap800的x射线衍射图。

图2为实施例1制得的活性材料n-sap800与sap800的拉曼光谱图。

图3为实施例1制得的n-sap800分别对20ppm浓度的罗丹明b(rhb)、对氯苯酚(4cp)以及卡马西平(cbz)的降解曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

以废弃尿不湿为原料，取出其中吸收婴儿尿液的高吸水树脂sap，800℃下高温碳化，采用清水去除残留钠盐，干燥，得到活性材料n-sap800。

图1和图2分别显示了实施例1制得的活性材料n-sap800的x射线衍射图和拉曼光谱图，从图中可以看出，与现有的sap800材料相比，n-sap800的结晶性虽然依旧不好，但从婴儿尿液中引入氮元素后，n-sap800的缺陷程度明显提高，提高了新的活性位点。

实施例2

取10ml配置好的20mg/l含rhb的染料废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，依次加入实施例1所制得的n-sap8000.3g/l(剂量)，oxone2mmol/l(剂量)置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。由图3可知，60min染料被完全降解溶液澄清无色。

实施例3

取10ml配置好的20mg/l含对氯苯酚的酚类废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，依次加入实施例1所制得的n-sap8000.3g/l，oxone2mmol/l置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。由图3可知，60min对氯苯酚被完全降解溶液澄清无色。

对比例1

取10ml配置好的20mg/l含对氯苯酚的酚类废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，只加入实施例1所制得的n-sap8000.3g/l，置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。60min后对氯苯酚基本不被降解。

对比例2

取10ml配置好的20mg/l含对氯苯酚的酚类废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，只加入oxone2.5mmol/l，置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。60min后对氯苯酚基本不被降解。

实施例4

取10ml配置好的20mg/l含卡马西平的医药类废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，依次加入实施例1所制得的n-sap8000.2g/l，oxone1.5mmol/l置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。由图3可知，60min卡马西平降解率达到90％以上，溶液澄清无色。

对比例3

取10ml配置好的20mg/l含卡马西平的医药类废水标准溶液于锥形瓶中，加入90ml缓冲溶液，调节ph＝7，只加入oxone1.5mmol/l置于水浴恒温震荡箱中进行1h反应，按0、5、10、20、30、45、60min的时间节点取样后，样品随即用高效液相色谱进行浓度分析。60min卡马西平基本不被降解。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。