一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶及其制备方法

本发明涉及废水处理，尤其涉及一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会的不断进步和发展，水污染问题日益加深。随着工业化的迅速发展，有机废水被大量排放到水环境中。工业种类的多样性使得其产生的废水组分也十分复杂，如化工、制药工业、造纸工业等产生的废水中除了含有大量有机污染物外，其盐浓度也都很高(高于5％)。这些高含盐有机废水中的有机污染物和盐类污染物具有不可生物降解的特征，使得传统的生化处理过程脱盐效果差且对于有机污染物尤其是挥发性有机污染物处理效果差，很难达到预期的处理效果。可持续太阳能界面蒸发技术被认为是一种环保、便携、可扩展的清洁水源供给方法。到目前为止，各国学者已经提出多种优化界面材料以提高太阳能抗盐的策略。其中，水凝胶是由大量水分子组成的三维交联网络聚合物。水凝胶网络中可以通过掺杂功能性材料及结构改良的方式轻松调控水凝胶的脱盐能力，在太阳能界面蒸发过程在实现高效脱盐。

2、然而，对于废水中的有机污染物尤其是挥发性有机污染物的处理始终是太阳能界面光热水凝胶无法突破的技术瓶颈。因此，寻找一种高效同步脱盐和降解有机污染物的处理技术已成为当务之急。

技术实现思路

1、本发明针对高含盐有机废水处理过程中存在脱盐效果差以及对于有机污染物尤其是挥发性有机污染物处理效果差的问题，提供一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶及其制备方法。本发明将光热材料和铁基催化剂负载到水凝胶基底上，开发一种同步脱盐和降解有机污染物的光热水凝胶，实现对高含盐有机废水的高效处理。本发明制备的光热水凝胶对于含高盐有机废水脱盐效果优异，同时对双氧水具有良好的催化效果，可以有效同步降解废水中的有机污染物。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶的制备方法，具体制备方法包括以下步骤：

3、(1)将水溶性聚合物聚乙烯醇粉末均匀分散在去离子水中，得到纺丝液a；将纺丝液a通过静电纺丝制备纳米纤维；

4、(2)将戊二醛与盐酸混合为ph值为4.0-6.0的溶液b，超声混合均匀后待用；将步骤(1)所制备的纳米纤维在溶液b中化学交联3.0-8.0h，等待凝胶化后，经过去离子水洗涤得到纳米纤维水凝胶基底；其中，戊二醛的用量为聚乙烯醇粉末质量的0.1％-7.0％；

5、(3)将步骤(2)所制备的纳米纤维水凝胶基底浸泡在浓度为1-5g/l的聚多巴胺溶液中3.0-24.0h，控温浸泡的温度为25-65℃，得到原位生长聚多巴胺的光热水凝胶；

6、(4)将六水合三氯化铁、盐酸和水混合为溶液c，超声混合均匀后待用；将原位生长聚多巴胺的光热水凝胶浸泡在溶液c中，在50-65℃下进行水热反应，反应时间为6.0-12.0h，得到同步脱盐和降解有机污染物的光热水凝胶；其中，溶液c中六水合三氯化铁和水的比例为10-40g：1l，优选为10-20g：1l，盐酸的浓度为0.01-0.05m，盐酸和水的体积比为1：2-1：4。

7、所述步骤(1)中，纺丝液a中水溶性聚合物聚乙烯醇粉末的质量分数为6.0wt％-12.5wt％；聚乙烯醇粉末的醇解度为70-99％；静电纺丝条件为：电压10.0-20.0kv，纺丝速度0.5-1.2ml/h，纺丝时间5.0-12.0h。

8、所述步骤(2)中，盐酸为市售的盐酸，浓度为36％；经过去离子水洗涤3-6次得到纳米纤维水凝胶基底。

9、本发明第二方面提供上述制备方法得到的用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶。

10、本发明第三方面提供上述光热水凝胶在高含盐有机废水处理的应用。所述应用方法包括如下步骤：

11、将双氧水投加到高含盐有机废水中，形成混合液；将本发明所述制备方法制备得到的同步脱盐和降解有机污染物的光热水凝胶漂浮在混合液表面，并对其利用太阳光照射3-12h进行对高含盐有机废水的处理。光热水凝胶表面吸收太阳光能转换为热能进而对混合液加热使水转变为蒸汽形式透过光热水凝胶，而盐类污染物被截留，实现对高含盐有机废水的脱盐处理；同时具有催化性能的光热水凝胶通过催化混合液中的双氧水实现对高含盐有机废水中有机污染物的同步降解。

12、所述双氧水的浓度为5-100mm，优选为60mm；

13、所述混合液ph为2.0-7.0，优选为6.0；

14、所述太阳光光强为50-1000kw/m2，优选为1000kw/m2；

15、所述高含盐有机废水盐度为5％-25％。

16、所述有机物污染物为苯酚、苯胺、n，n-二甲基甲酰胺、染料、抗生素中的一种或几种。

17、本发明先是基于静电纺丝技术制备纳米纤维；再通过化学交联法构建纳米纤维水凝胶基底；之后在纳米纤维水凝胶基底上原位生长聚多巴胺形成光热水凝胶；最后采用水热反应将铁基催化剂负载到光热水凝胶上得到同步脱盐和降解有机污染物的光热水凝胶。基于双氧水的高级氧化技术由于可以产生强氧化性的自由基，对废水中有机污染物具有良好的降解效率。本发明赋予太阳能界面光热水凝胶新的功能，在用于高含盐有机废水处理过程中可以实现高效同步脱盐和催化双氧水降解废水中的有机污染物获取优质纯水。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果：

19、(1)本发明中制备的光热水凝胶用于高含盐有机废水处理过程中可以同步实现高效太阳能废水脱盐，以及催化双氧水降解废水中的有机污染物并获得优质纯水。

20、(2)本发明中制备的光热水凝胶对双氧水具有优异的催化效果，相比其他结构光热水凝胶，催化活性较高，对有机污染物降解效果更好。

21、(3)本发明中制备的光热水凝胶中负载的铁基催化剂可以通过官能团与光热水凝胶基底紧密结合，有效抑制金属铁的浸出。

22、(4)本发明中制备的光热水凝胶中负载的铁基催化剂在同步催化双氧水的过程中，相比其他金属催化剂更安全稳定、可再生且不产生额外污染。

23、(5)本发明制备工艺简单，制备的光热水凝胶制备过程中无需额外造孔，一步完成水传输通道的形成，节省时间并有效降低能耗，经济效益高，同时可制备成各种形状和大小，适合批量生产，有利于产业化，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，纺丝液a中水溶性聚合物聚乙烯醇粉末的质量分数为6.0wt％-12.5wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚乙烯醇粉末的醇解度为70-99％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，静电纺丝条件为：电压10.0-20.0kv，纺丝速度0.5-1.2ml/h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纺丝时间为5.0-12.0h。

6.权利要求1-5中任意一项所述的制备方法得到的用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶。

7.权利要求6所述的光热水凝胶在高含盐有机废水处理中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述双氧水的浓度为5-100mm；

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述有机污染物为苯酚、苯胺、n，n-二甲基甲酰胺、染料、抗生素中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种用于高含盐有机废水处理的光热水凝胶及其制备方法。解决了高含盐有机废水处理过程中脱盐效果差以及对于有机污染物尤其是挥发性有机污染物处理效果差的问题。本发明包括以下步骤：基于静电纺丝技术制备纳米纤维；通过化学交联法构建纳米纤维水凝胶基底；在纳米纤维水凝胶基底上原位生长聚多巴胺形成光热水凝胶；最后采用水热反应将铁基催化剂负载到光热水凝胶上得到同步脱盐和降解有机污染物的光热水凝胶。本发明赋予太阳能界面光热水凝胶新的功能，在用于高含盐有机废水处理过程中可以实现同步高效脱盐和催化双氧水降解废水中的有机污染物获取优质纯水。此外，本发明制备工艺简单，无需额外造孔，经济效益高，适合批量生产。

技术研发人员：范新飞,吕博雯,徐源潞,潘宗林,宋成文
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15