一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法

本发明涉及一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法。

背景技术：

1、化学需氧量一般作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量过高会对水体造成严重危害，同时会对生态平衡产生严重影响。因此，如何从废水中有效去除化学需氧量成为目前热门的环境问题。高级氧化法作为一种比较理想的去除废水中化学需氧量的方法，在废水处理领域应用广泛，该方法采用氧化剂与废水中有机污染物发生反应，破坏污染物的分子结构，使其转化为其他小分子物质甚至将污染物彻底矿化，达到污染物去除的目的。例如在公开的发明专利《利用改性生物炭催化剂催化过硫酸盐去除废水中难降解有机物的方法》(申请号202310931483.6)中公布了一种利用改性生物炭催化剂催化过硫酸盐去除废水中难降解有机物的方法，但是该方法存在成本高，效果不佳等问题。因此开发一种高效去除化学需氧量、成本低廉、无二次污染的去除方法尤为重要。

2、生物炭材料以其较高的比表面积、丰富的孔隙结构等优点成为流行的高效绿色催化剂，例如在公开的发明专利《复合生物炭去除水体中青霉素钾的方法与应用》(申请号202210941168.7)中公布了一种利用复合生物炭活化过硫酸盐去除水体中青霉素钾的方法。使用秸秆作为原料合成的生物炭通常具有性能优异、成本低廉、绿色环保等优点，可以通过自由基途径和非自由基途径对化学需氧量降解，在催化过硫酸盐降解化学需氧量领域显示出巨大的潜力。例如在公开的发明专利《高效活化过硫酸盐的生物炭负载纳米coooh催化剂及制备方法》(申请号202211412505.x)中公布了一种高效活化过硫酸盐的生物炭负载纳米coooh复合催化剂的制备方法，该方法中使用秸秆合成生物炭，但是使用钴进行生物炭负载，存在成本高、毒性大等问题。本发明提供了一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，化学需氧量降解效果优异、成本低廉、无二次污染。

技术实现思路

1、为了解决目前常规方法化学需氧量去除效果差，成本高，二次污染较为严重等问题，本发明提供一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法。

2、一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，具体是按照以下步骤进行：首先，选取苯酚作为化学需氧量模型化合物，将负载铜的氯化锌改性生物炭复合物加入苯酚中，同时加入过硫酸盐，然后在恒定振荡速度为190rpm～210rpm条件下，进行恒温振荡，随后，对混合溶液进行过滤分离，从而完成对废水中化学需氧量的去除，得到处理后废水；

3、所述的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物的制备方法，具体是按照以下步骤完成：

4、一、制备水热炭微球：将大豆秸秆剪成大小合适的小块，用蒸馏水洗涤去除尘土杂质等，在45℃～55℃的烘箱中干燥23h～25h，将干燥好的大豆秸秆用粉碎机粉碎；将1.0g～1.1g粉碎后的大豆秸秆和0.2g～0.3g的间苯三酚加入到30ml～50ml的蒸馏水中，在55℃～65℃下搅拌1h～3h；搅拌完成后将混合液转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入电热恒温鼓风干燥箱中，反应时间设置为14h～16h，温度设定为210℃～220℃；反应结束后将反应釜从烘箱中取出并冷却至室温；将冷却后反应釜中的黄黑色混合物置于离心机中，设置转速为9000rpm～10000rpm，时间为8min～12min，交替用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，之后将所得的固体在45℃～55℃下干燥过夜，得到黑色的水热炭微球；

5、二、制备负载铜的氯化锌改性生物炭复合物：将1.9g～2.1g水热炭微球和5.4g～5.5g氯化锌加入到30ml～50ml蒸馏水中，搅拌11h～13h，将搅拌后的氯化锌改性水热炭混合物置于离心机中，设置转速为9000rpm～10000rpm，时间为8min～12min，交替用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，之后将离心后的氯化锌改性水热炭在45℃～55℃下干燥过夜；将3.9g～4.1g干燥后的氯化锌改性水热炭和3.9g～4.1g硝酸铜加入到75ml～85ml蒸馏水中，搅拌11h～13h，将搅拌后的铜负载氯化锌改性水热炭混合物置于离心机中，设置转速为9000rpm～10000rpm，时间为8min～12min，交替用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤，之后将离心后的铜负载氯化锌改性水热炭在45℃～55℃下干燥过夜；将干燥后的铜负载氯化锌改性水热炭在恒温温度为575℃～625℃，升温速率为9℃/min～11℃/min，恒温时间为1.5h～2.5h，n2流速为40ml/min～50ml/min的条件下进行热解，得到黑色的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物。

6、本发明优点：1、本发明提供了一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，拓宽了对废水中化学需氧量控制的途径，去除效果显著，成本低廉，无二次污染，具有较高的可行性；2、本发明使用了大豆秸秆作为原料，材料环保，来源广泛，价格低廉，实现了废弃物的回收再利用，为生产高价值的秸秆衍生物类产品提供了新途径；3、本发明制得的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物，具有结构稳定、绿色环保等优点，能够用于活化过硫酸盐以降解废水中化学需氧量，表现出非常优异的去除效果，在宽泛的温度范围下可以对废水中的化学需氧量实现高效降解，且无二次污染，在治理废水方面具有较高的使用价值；4、本发明制得的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物因氯化锌改性使其具有较大的比表面积、发达的孔隙结构和丰富的官能团，解决了单一纳米铜负载的易团聚、活性位点减少的问题；5、铜纳米颗粒均匀地分散在生物炭载体上，在降解反应过程中可以提供更多的活性位点并且更容易发生多电子转移，提高催化活性，同时活性位点会活化过硫酸盐产生硫酸根自由基、羟基自由基和超氧根自由基等自由基以及单线态氧，而且过硫酸盐也可以与水反应生成硫酸根自由基和单线态氧，这些基团与化学需氧量进行反应，使化学需氧量降解为小分子物质，直至最后降解为水和二氧化碳，从而实现对化学需氧量的高效降解。

技术特征：

1.一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，其特征在于具体是按照以下步骤进行：首先，选取苯酚作为化学需氧量模型化合物，将负载铜的氯化锌改性生物炭复合物加入苯酚中，同时加入过硫酸盐，然后在恒定振荡速度为190rpm～210rpm条件下，进行恒温振荡，随后，对混合溶液进行过滤分离，从而完成对废水中化学需氧量的去除，得到处理后废水；

2.根据权利要求1所述的一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，其特征在于步骤一中所述将1.0g～1.1g粉碎后的大豆秸秆和0.2g～0.3g的间苯三酚加入到30ml～50ml的蒸馏水中，加热到55℃～65℃搅拌1h～3h。

3.根据权利要求1所述的一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，其特征在于步骤二中所述热解过程控制氮气流速为40ml/min～50ml/min。

技术总结
一种利用负载铜的氯化锌改性生物炭复合物去除废水中化学需氧量的方法，它涉及一种去除废水中化学需氧量的方法。本发明是为了解决废水中化学需氧量组成复杂，不易分解，去除困难等问题；克服传统化学需氧量去除方法效率低、成本高、二次污染等问题；同时增大生物炭的应用范围。方法：以大豆秸秆作为原料，合成水热炭微球，使用氯化锌改性，并在材料上面负载铜，高温热解得到降解性能优异的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物，并将其应用于废水中化学需氧量的去除。本发明不仅制备工艺成本低廉，而且所制备的负载铜的氯化锌改性生物炭复合物具有化学需氧量降解效果优异、成本低廉、无二次污染等优点。

技术研发人员：陈立钢,孙建敏,牛娜,张任国,苏程琳,孙一宁
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15