一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法
【专利摘要】本发明涉及一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法。方法如下：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂，150-750W下，微波照射1-7min。本发明的方法降解效率高，降解速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染。
【专利说明】一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明属于催化降解领域，具体地涉及一种采用微波诱导多壁碳纳米管催化降解 水中有机污染物的方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代化工业的发展，大量偶氮染料废水排放到水体中，对水环境造成严重的 污染。偶氮染料是一种芳香族化合物。在生产和使用过程中，其废水不可避免地排入到环 境中。对生态系统和人类健康带来严重的危害。偶氮染料废水颜色深，毒性大，水质成分复 杂，不易被生物降解，是典型难降解的有机污染物。因此，急需探索能使水中偶氮染料快速、 有效降解的新方法。
[0003] 现有的降解方法主要是物理法，化学法和生物法。然而这些方法并不能从根本上 彻底降解污染物，常常会带来二次污染，而且成本较高，适用范围有限。光催化是较受欢迎 的化学法，但它需要较长时间，并且降解不完全，特别是在有机污染物降解过程中可能生成 三致（致癌、致突变和致畸形）的中间产物。近年来，微波技术已被应用到环境污染物处理 中，然而微波催化剂的选择对于提高有机污染物的微波降解效率和加快降解速率是极其重 要的。
【发明内容】
[0004] 为了解决以上问题，本发明提供一种降解效率高，降解速率快，成本低，没有中间 产物生成和不会造成二次污染的利用多壁碳纳米管作为催化剂结合微波降解有机污染物 的方法。
[0005] 本发明是通过如下的技术方案实现的：一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中 有机污染物的方法，方法如下：
[0006] 1)多壁碳纳米管的预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温， 用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105°C的恒温干燥箱中干 燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用；
[0007] 2)微波降解：于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂， 150-750W 下，微波照射 l-7min。
[0008] 上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，所述的碳纳米管 的粒径是10?20nm、20?40nm或40?60nm。优选的，所述的碳纳米管的粒径是10? 20nm〇
[0009] 上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，含有有机污染物 的溶液中，有机污染物的初始浓度为5. 0-45. Omg/L，调节pH为2-8。优选的，有机污染物的 初始浓度为5. 0-15. Omg/L，调节pH为6. 0。
[0010] 上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，所述的有机污染 物是甲基橙、亚甲基蓝、甲基对硫磷、十二烷基苯磺酸钠和双酚A。 toon] 上述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，微波降解 中，多壁碳纳米管催化剂的用量为〇. 4-2. 4g/L，优选的，多壁碳纳米管催化剂的用量为 0. 8-1. 2g/L〇
[0012] 本发明的有益效果是：本发明独特的选用碳纳米管（CNTs)作为吸附材料，由于其 独特的一维中空管状纳米结构，使得对微波有很强的吸收能力。当微波照射时，碳纳米管表 面会产生许多"热点"，这些"热点"的温度比其它部位高很多，在"热点"周围的有机污染物 在致热和非致热效应的共同作用下燃烧分解，释放出二氧化碳和水等。本发明通过优化降 解条件，通过最佳的条件，使得有机污染物被快速降解，对有机污染物的降解率达到100%。 本发明作为一种处理偶氮染料废水的新方法，具有降解效率高、降解速度快、成本低和无二 次污染等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是甲基橙（MO)溶液在不同条件下的υν-vis光谱。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1碳纳米管对降解率的影响
[0015] (一）方法
[0016] 多壁碳纳米管的预处理：分别取不同粒径的碳纳米管2. Og放在烧杯中，加入少量 的硝酸煮沸30min。待冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液，过滤，反复操作至中性，过滤。 所得到的碳纳米管颗粒物在l〇5°C的恒温干燥箱中干燥6h。冷却，研磨，过100目筛，分别 得到除去了杂质的多壁碳纳米管（CNTs)催化剂，备用。三种不同粒径分别为10?20nm、 20?40nm和40?60nm碳纳米管。
[0017] 微波（MW)降解：量取25. OmL 25. Omg/L的甲基橙（MO)溶液放于反应器中，调节溶 液的PH = 6. 0,分别加入上述不同粒径的多壁碳纳米管催化剂0. 03g，放入微波反应器，于 450W，微波照射3. Omin,冷却至室温，过滤。同时做对比试验。
[0018] (二）结果
[0019] 滤液在200-800nm测定测其紫外-可见（UV-vis)吸收光谱。取466nm和270nm 处的吸光度计算MO的降解率。结果如图1和表1。
[0020] 降解率（％ ) = (C〇 - C)/C〇X 100%
[0021] 其中，Q1 :原液的浓度；C :样品的浓度。
[0022] 表1.甲基橙溶液在不同条件下的吸光度（466nm(A)and 270nm(B))的变化.
[0023] (25mg/L MO, 450W，3. Omin MW, I. 2g/L CNTs 和 pH = 6. 0)
【权利要求】
1. 一种微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其特征在于方法如 下： 1) 多壁碳纳米管的预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去 离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在l〇5°C的恒温干燥箱中干燥 5-7h，冷却，研磨，过100目筛，备用； 2) 微波降解：于含有有机污染物的溶液中，加入处理后的多壁碳纳米管催化剂， 150-750W 下，微波照射 l-7min。
2. 按照权利要求1所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：所述的碳纳米管的粒径是10?20nm、20?40nm或40?60nm。
3. 按照权利要求2所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：所述的碳纳米管的粒径是10?20nm。
4. 按照权利要求3所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：含有有机污染物的溶液中，有机污染物的初始浓度为5. 0-45. Omg/L，调节pH为 2-8。
5. 按照权利要求4所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：含有有机污染物的溶液中，有机污染物的初始浓度为5. 0-25. Omg/L，调节pH为 6. 0〇
6. 按照权利要求5所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：含有有机污染物的溶液中，有机污染物的初始浓度为5. 0-15. Omg/L，调节pH为 6. 0〇
7. 按照权利要求1所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：微波降解中，多壁碳纳米管催化剂的用量为0. 4-2. 4g/L。
8. 按照权利要求7所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：微波降解中，多壁碳纳米管催化剂的用量为0. 8-1. 2g/L。
9. 按照权利要求1所述的微波诱导多壁碳纳米管催化降解水中有机污染物的方法，其 特征在于：所述的有机污染物是甲基橙、亚甲基蓝、甲基对硫磷、十二烷基苯磺酸钠和双酚 A〇
【文档编号】C02F1/30GK104445506SQ201410698323
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】张朝红, 王君, 张子默, 李媛媛, 沈曼莉, 宋立军, 乔珩 申请人:辽宁大学