一种缺陷态碳纳米管、制备方法及应用

本发明涉及水处理，具体涉及一种缺陷态碳纳米管、制备方法及应用。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，工业化过程中所产生的有机废水对水环境造成了威胁。高级氧化技术由于释放强氧化性的活性物种能够高效降解水体有机污染物而备受青睐。根据产生活性物种的方式和反应条件的不同，可将高级氧化技术分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、fenton氧化等。

2、fenton氧化包括：1)基于氧化剂活化的均相/非均相芬顿(类芬顿)过程，氧化剂有双氧水、过硫酸盐、过碘酸盐、臭氧和自由氯(hocl、cl2和clo-)等；2)原位自芬顿过程，包括光催化/电催化氧化过程、超声催化等过程。

3、活化双氧水、过硫酸盐和臭氧去除有机物工艺中，分别存在着窄的ph适应范围、硫酸根的二次污染和臭氧氧化后的中间体比母体毒性更高的不足，从而使得极底浓度有机物(nm-μm)难以降解和矿化。基于自由氯活化的类芬顿工艺提供了水体的多重保护屏障，如自由氯分解(如光解)所产生的强氧化性物种用于有机物的深度矿化，而且反应后所得的余氯无须像其它的氧化剂(如h2o2)在反应剩余后需要捕获清除，还可以起到二次保护、灭菌消毒的作用。自由氯活化的主要能量输入是单波长的紫外光，然而单波长的紫外光在实际使用中成本较高且难以获取，从而限制了其在实际生产中的推广应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种缺陷态碳纳米管、制备方法及应用。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种缺陷态碳纳米管制备方法，以多壁碳纳米管为碳基底，双氰胺为前驱体，通过高温热解的方式使双氰胺刻蚀多壁碳纳米管，得到缺陷态碳纳米管。

4、进一步地，所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，包括以下步骤：

5、(1)在无水乙醇中加入多壁碳纳米管和双氰胺，超声混合均匀后得到液体混合物；

6、(2)将所述液体混合物干燥，得到固体混合物；

7、(3)将所述固体混合物研磨成粉末；

8、(4)将所述粉末在惰性气体保护下高温热解，冷却后即得缺陷态碳纳米管。

9、进一步地，所述多壁碳纳米管和双氰胺的质量比1：0.5～5。

10、进一步地，所述碳纳米管、双氰胺和无水乙醇的用量之比为0.1～1.0g：0.1～1.5g：20ml。

11、进一步地，步骤(2)中，干燥温度为50～70℃，干燥时间为10～16小时。

12、进一步地，步骤(4)中，高温热解的温度为600～1000℃，热解时间为1～3小时。更为优选地，所述高温热解的温度为700～800℃。

13、一种缺陷态碳纳米管，由上述任意一种所述缺陷态碳纳米管制备方法制得。

14、一种将所述缺陷态碳纳米管作为催化剂用于fenton氧化有机废水的方法。

15、进一步地，所述的应用方法包括以下步骤：

16、(1)将缺陷态碳纳米管催化剂加入含有2,4-二氯苯酚的有机废水中；

17、(2)充分搅拌，使催化剂对污染物进行吸附脱附平衡；

18、(3)向水体中加入次氯酸或次氯酸或者通入氯气，诱发类芬顿反应。

19、进一步地，有机废水中2,4-二氯苯酚的浓度为4～6mg/l；步骤(1)中，缺陷态碳纳米管催化剂的用量为0.5～1.0g/l废水；步骤(3)中芬顿反应体系的自由氯浓度为1.2～2.0mg/l。

20、本发明的有益效果：

21、1、缺陷态碳纳米管的制备步骤简单，操作易行，产量高、重复性好。

22、2、所得缺陷态碳纳米管能够高效活化自由氯，具有高效的氧化剂利用率。

23、3、本发明所得缺陷态碳纳米管作为催化剂用于自由氯芬顿氧化工艺，相较于广泛使用的单波长紫外光活化技术具有易得价廉，反应高效等优势。如使用0.05g/l改性后的cnt催化0.2mm naclo(自由氯浓度经测算仅为1.6mg/l)降解5mg/l的2,4-二氯苯酚，在20min反应时间内可达到超过90％的去除率。较低的催化剂和极低的氧化剂用量，不仅降低了工艺运行成本，而且避免了催化剂因氧化剂的过度氧化而稳定性降低。

24、4、此外，本发明中的非金属催化剂也能够避免了广泛报道的金属基催化剂的金属易溶出、催化剂制备成本高和由于金属-氯配合物形成而使催化剂失活等一系列缺点。

25、综上所述，本发明在水体修复的环境治理领域有着广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，以多壁碳纳米管为碳基底，双氰胺为前驱体，通过高温热解的方式使双氰胺刻蚀多壁碳纳米管，得到缺陷态碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管和双氰胺的质量比为1：0.5～5。

4.根据权利要求3所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，所述碳纳米管、双氰胺和无水乙醇的用量之比为0.5～1.5g：2～3g：100ml。

5.根据权利要求2所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥温度为50～70℃，干燥时间为10～16小时。

6.根据权利要求2所述的一种缺陷态碳纳米管制备方法，其特征在于，步骤(4)中，高温热解的温度为600～1000℃，热解时间为1～3小时。

7.一种缺陷态碳纳米管，由权利要求1～6任意一项所述缺陷态碳纳米管制备方法制得。

8.一种权利要求7所得缺陷态碳纳米管的应用方法，其特征在于，将所述缺陷态碳纳米管作为催化剂用于fenton氧化有机废水中。

9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种缺陷态碳纳米管、制备方法及应用，属于水处理材料技术领域，本发明以多壁碳纳米管为碳基底，双氰胺为前驱体，通过高温热解的方式使双氰胺刻蚀多壁碳纳米管，得到缺陷态碳纳米管。本发明所得缺陷态碳纳米管作为催化剂用于自由氯芬顿氧化工艺，相较于广泛使用的单波长紫外光活化技术具有易得价廉，反应高效等优势。并且较低的催化剂和极低的氧化剂用量，不仅降低了工艺运行成本，而且避免了催化剂因氧化剂的过度氧化而稳定性降低。本发明在水体修复的环境治理领域有着广阔的应用前景。

技术研发人员：左四进,陈沫含,张银巧,郭瑞昕,陈建秋
受保护的技术使用者：中国药科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15