改性活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用、非均相电芬顿氧化降解有机污染物的方法

本发明涉及电化学污水处理，具体涉及一种改性活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用、一种非均相电芬顿氧化降解有机污染物的方法。

背景技术：

1、电芬顿技术利用电化学反应原位产生芬顿试剂(fe2+和h2o2)，从而进行芬顿(fenton)反应产生·oh，对有机污染物实现氧化分解。该技术可在阴极原位持续不断地产生h2o2，有效地避免其运输和储存，同时实现fe2+的循环利用，很大程度的减少fe2+的大量使用和铁泥的产生。目前为止，电芬顿技术已被成功地用于水中各种难降解有机污染物的去除。但芬顿反应的有效ph值一般在2.0～4.0之间进行，ph>4.0即会发生絮凝沉淀产生铁泥，造成二次污染和铁活性物种的损失，且均相催化剂回收利用困难，从而限制了其实际应用和使用范围。

2、cn114505101a公开了一种基于非均相类芬顿反应的有机染料降解催化剂，该有机染料降解催化剂为二维网格状结构的金属有机框架，可催化h2o2分解成具有强氧化性的·oh，同时超声辅助不仅提高了mofs的比表面积和中孔结构，还增强了催化活性位点间的电荷转移，并结合三金属离子的协同催化效应，极大的增强了金属有机框架的催化活性，达到高效降解有机污染物的目的。但是在降解有机染料的过程中需要外加过氧化氢，且催化剂需分散在水中，后续回收分离过程相对复杂。

3、cn114618592a公开了一种高效非均相芬顿催化剂的制备方法，该制备方法采用溶剂热法制备具有核壳结构的feocl@fe-mofs非均相芬顿催化剂，利用fe-mofs较强的吸附性能，将废水中的有机污染物吸附到催化剂表面，同时强化fe活性位点与h2o2的相互作用，加速h2o2电子转移到fe(iii)中，加速fe(iii)向fe(ii)转化，从而催化h2o2快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解。但是fe-mofs在类芬顿体系的应用中，存在fe元素泄露导致二次污染以及长期储存后催化剂失活等问题。

4、因此，设计与开发新型非铁基电芬顿体系和类芬顿催化剂是十分重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有类芬顿材料对有机污染物的降解率低、ph适用范围窄的问题。

2、本发明在研究过程中发现，采用有机酸对活性炭纤维进行预处理，增加了活性炭纤维表面的微孔数量，提高了活性炭纤维的比表面积，同时，有机酸吸附在活性炭纤维表面，能够与铜离子形成配合物，从而提高后续氧化亚铜、单质银的负载率。将预处理活性炭纤维浸泡于铜离子、银离子混合溶液中，进行原位沉淀反应，实现纳米氧化亚铜的形成及其在预处理活性炭纤维表面或微孔内的沉积和负载，从而提高改性活性炭纤维复合材料在非均相电fenton氧化降解体系中对有机污染物的降解率。

3、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种改性活性炭纤维复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)将活性炭纤维与有机酸进行接触，得到预处理后的活性炭纤维；

5、所述有机酸为乙酸和/或柠檬酸；所述有机酸的浓度为1.2-1.5mol/l；

6、(2)在水存在下，将所述预处理后的活性炭纤维与硝酸铜、硝酸银、表面活性剂进行第一混合，得到混合物i；

7、(3)将所述混合物i与抗坏血酸进行第二混合，得到混合物ii；

8、(4)将所述混合物ii与碱溶液进行沉淀反应，静置，得到改性活性炭纤维复合材料；

9、所述碱溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液；所述碱溶液的浓度为0.1-1mol/l；

10、所述活性炭纤维的比表面积为1200-1600m2/g，平均孔径为1.0-2.0nm，孔容积为0.8-1.2cm3/g。

11、本发明第二方面提供由第一方面所述的方法制得的改性活性炭纤维复合材料。

12、本发明第三方面提供第二方面所述的改性活性炭纤维复合材料作为阴极材料在非均相电芬顿氧化降解有机污染物中的应用。

13、本发明第四方面提供一种非均相电芬顿氧化降解有机污染物的方法，该方法包括以下步骤：

14、以第二方面所述的改性活性炭纤维复合材料作为阴极，以导电材料为阳极；将所述阴极和阳极置于含有有机污染物的电解液中，在所述电解液中鼓入空气，并通电进行非均相电芬顿氧化降解反应。

15、本发明提供的改性活性炭纤维复合材料能够实现对污染物的高效吸附降解；复合材料中的氧化亚铜中含有cu+，能够有效激发h2o2产生具有强氧化性的·oh；同时，将复合材料应用于非均相电-fenton氧化降解体系时，能够避免额外加入h2o2以及催化剂。

技术特征：

1.一种改性活性炭纤维复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述活性炭纤维为活性炭纤维毡；和/或

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，相对于1l的水，所述表面活性剂的用量为25-35g；和/或

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在步骤(3)中，以硝酸铜与硝酸银的总量为1mol计，所述抗坏血酸的用量为0.8-1.2mol；和/或

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(4)中，所述碱溶液的浓度为0.3-0.7mol/l；

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述第一混合的条件包括：温度为35-45℃，时间为25-35min，搅拌转速为400-850rpm；和/或

7.由权利要求1-6中任意一项所述的方法制得的改性活性炭纤维复合材料。

8.权利要求7所述的改性活性炭纤维复合材料作为阴极材料在非均相电芬顿氧化降解有机污染物中的应用。

9.一种非均相电芬顿氧化降解有机污染物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，导电材料选自铂电极、玻碳电极、金电极中的一种。

技术总结
本发明涉及电化学污水处理技术领域，公开了一种改性活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用、非均相电芬顿氧化降解有机污染物的方法。该复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将活性炭纤维与有机酸进行接触，得到预处理后的活性炭纤维；(2)在水存在下，将所述预处理后的活性炭纤维与硝酸铜、硝酸银、表面活性剂进行第一混合，得到混合物I；(3)将所述混合物I与抗坏血酸进行第二混合，得到混合物II；(4)将所述混合物II与碱溶液进行沉淀反应，静置，得到改性活性炭纤维复合材料。本发明提供的改性活性炭纤维复合材料对有机污染物的吸附降解效果优异。

技术研发人员：侯军伟,马金贵,刘艳升,明惠,热则耶·热合米图力,孙雅榕
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11