本發(fā)明涉及有機(jī)固廢氣化燃?xì)?，具體涉及一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、我國每年有機(jī)固廢產(chǎn)生量高達(dá)60億噸，具有產(chǎn)生源分散、產(chǎn)量大、組成成分復(fù)雜等特點(diǎn)，具有資源屬性和污染屬性。有機(jī)固廢主要包括農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物、工業(yè)有機(jī)廢物和城市生活垃圾等。其中有機(jī)硫主要存在于廢塑料、廢橡膠、織物及廚余垃圾中，在有機(jī)固廢氣化燃?xì)鈬a(chǎn)中硫元素將以氣態(tài)硫污染物的形式進(jìn)入燃?xì)庵?，氣態(tài)硫的存在會(huì)加速金屬管道設(shè)備的腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命，燃燒過程中產(chǎn)生的cs2和二噁英污染物，在催化加工時(shí)易發(fā)生催化劑中毒，并且會(huì)在燃燒過程中進(jìn)入大氣，對(duì)人類生命和安全都造成了巨大的傷害。

2、現(xiàn)有技術(shù)中通過海藻酸鈉氣溶膠對(duì)有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵械腸s2進(jìn)行吸附，如關(guān)于海藻酸鈉氣溶膠的研究報(bào)道主要有：

3、申請(qǐng)?zhí)?02111409037.6公開了一種高催化活性的海藻酸銅氣溶膠催化劑的制備方法，采用生物質(zhì)聚合物海藻酸鈉為原料，亞氨基二乙酸與海藻酸鈉通過酰胺化反應(yīng)，將海藻酸鈉結(jié)構(gòu)單元中的單羧基轉(zhuǎn)化為雙羧基，再與二價(jià)金屬銅離子交聯(lián)，冷凍干燥后，得到具有高催化活性的海藻酸銅氣溶膠催化劑。申請(qǐng)?zhí)?02411982606.x公開了一種上浮型載銅海藻酸鈉水凝膠球制備方法，通過配制溶液a：由海藻酸鈉、檸檬酸鹽、酸性ph調(diào)節(jié)劑、過氧化氫和水；溶液b：五水硫酸銅、檸檬酸鹽、ph調(diào)節(jié)劑和水；將溶液a滴加到溶液b中，得到水凝膠球。申請(qǐng)?zhí)?02310832697.8公開了一種三維銀基復(fù)合氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用，通過燒結(jié)法制備聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)/海藻酸鈉碳?xì)饽z，再通過原位沉積法制備以硝酸銀為前體溶液制得的具有高比表面積、高催化活性的三維銀基復(fù)合氣凝膠。

4、上述現(xiàn)有技術(shù)中使用的單一成分海藻酸鈉氣凝膠還存在以下缺點(diǎn)：(1)機(jī)械強(qiáng)度較低：容易在使用過程中發(fā)生坍塌或變形；(2)空隙率和吸附性能有限：雖具有較高的孔隙率，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致吸附性能不穩(wěn)定。其吸附容量和吸附速率較低，難以滿足高效吸附的需求；(3)熱穩(wěn)定性較差：在高溫條件下容易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，限制了在高溫環(huán)境中的應(yīng)用；(4)抗空速能力差：在高空速條件下，吸附劑材料中孔道結(jié)構(gòu)易崩塌，無法做到高空速下的吸附；(5)重復(fù)使用性差：在重復(fù)使用過程中無法完全脫附，導(dǎo)致吸附位點(diǎn)減少，從而影響其重復(fù)使用效率。

5、由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，其制備得到的碳基π絡(luò)合材料可以在室溫、高空速的條件下脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵械臍鈶B(tài)污染物cs2，且脫除效率優(yōu)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

3、一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、a、將透明質(zhì)酸鈉、甘露醇以及烘干后的海藻酸鈉按照一定配比混合，制備得到混合溶液一；

5、b、配置溶液a：將二甲基甲酰胺和丙烯酸甲酯混合；

6、配置溶液b：將聚苯乙烯微球與表面活性劑混合，向其中加入苯硼酸，聚苯乙烯微球與苯硼酸發(fā)生化學(xué)鍵合；

7、將溶液a和溶液b混合形成混合溶液二；

8、將所述的混合溶液二加入到混合溶液一中，然后向其中加入三聚磷酸鈉作為交聯(lián)劑，控制反應(yīng)溫度為40～60℃進(jìn)行攪拌，得到混合溶液三；

9、c、采用微波浸漬法，將所述的混合溶液三滴加到含有sr2+、gd3+的鹽溶液中，得到摻雜金屬離子的水凝膠；

10、d、將摻雜金屬離子的水凝膠經(jīng)過干燥、冷凍、氮?dú)鈿夥障赂邷仂褵蓟?，即得碳基π絡(luò)合材料。

11、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟a中，海藻酸鈉、透明質(zhì)酸鈉、甘露醇的質(zhì)量配比為1～2:1～4:1～4，混合溶液一的溶劑為水，混合溶液一中海藻酸鈉、透明質(zhì)酸鈉及甘露醇的總質(zhì)量占比為6～8％；海藻酸鈉的烘干溫度為600℃。

12、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟b中，所述二甲基甲酰胺和丙烯酸甲酯的總加入量為透明質(zhì)酸鈉、甘露醇及海藻酸鈉總質(zhì)量的15～35％；所述的聚苯乙烯微球、表面活性劑的添加量為透明質(zhì)酸鈉、甘露醇及海藻酸鈉總質(zhì)量的3～5％；所述的表面活性劑為十六烷基三甲基氯化銨；所述的交聯(lián)劑的加入量為透明質(zhì)酸鈉、甘露醇及海藻酸鈉總質(zhì)量的60％；所述的苯硼酸的加入量為聚苯乙烯微球加入量的0.3倍。

13、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟c中，sr2+、gd3+的鹽溶液中兩種金屬的質(zhì)量比為1:1，sr2+、gd3+的鹽溶液為sr(no3)2和gd(no3)3·6h2o。

14、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟c中，微波浸漬時(shí)間為20～40min，浸漬溫度為40～50℃，微波頻率為200ghz。

15、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟d中，碳化溫度為300～900℃，碳化時(shí)間1～3h，經(jīng)過碳化后將摻雜金屬離子的水凝膠中的金屬離子氧化為其對(duì)應(yīng)的氧化物，來吸附有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵械腸s2。

16、上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法，步驟a中，海藻酸鈉作為載體，甘露醇作為海藻酸鈉載體的賦形劑，透明質(zhì)酸鈉作為保水劑利于cs2的脫除。

17、本發(fā)明的另一目的在于提供上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的制備方法制備得到的碳基π絡(luò)合材料，其為片層型結(jié)構(gòu)。

18、本發(fā)明的再一目的在于提供上述的一種脫除有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2的碳基π絡(luò)合材料的應(yīng)用，碳基π絡(luò)合材料在固定床反應(yīng)器中通入模擬氣的條件下，設(shè)定空速為60000h-1、溫度25℃時(shí)對(duì)有機(jī)固廢氣化燃?xì)庵衏s2進(jìn)行脫除；所述的模擬氣的成分按照質(zhì)量百分比包括40％ch4、20％co、35％h2和5％cs2，其中cs2的濃度為200ppm。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明帶來了以下有益技術(shù)效果：

20、(1)本發(fā)明選擇使用透明質(zhì)酸鈉、甘露醇和烘干處理的海藻酸鈉混合的碳載體水凝膠作為碳基π絡(luò)合材料的載體，海藻酸鈉在烘干過程中多糖鏈熱解，脫除含氧官能團(tuán)，剩余的碳原子重新排列，碳原子sp2雜化形成芳香碳骨架，可以與更多的金屬離子結(jié)合，產(chǎn)生更多吸附有機(jī)硫和無機(jī)硫氣態(tài)污染物的吸附位點(diǎn)，在成本效益和去除效果方面有更大優(yōu)勢(shì)。

21、(2)本發(fā)明選擇使用聚苯乙烯微球作為模板劑，聚苯乙烯在高溫下生成類石墨化碳結(jié)構(gòu)，與海藻酸鈉的多孔碳結(jié)構(gòu)芳香區(qū)進(jìn)行π-π絡(luò)合，生成片層狀的碳基π絡(luò)合吸附劑材料。片層狀吸附劑結(jié)構(gòu)具有高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可在高溫環(huán)境中再生，重復(fù)使用次數(shù)高，降低長期應(yīng)用成本，適合工業(yè)級(jí)吸附設(shè)備。

22、(3)本發(fā)明選擇使用二甲基甲酰胺和丙烯酸甲酯共同調(diào)節(jié)溶解性，調(diào)控水凝膠的成膜性能，便于后續(xù)負(fù)載金屬離子，以及磷元素的摻雜。同時(shí)二者適用于高溫的聚合體系，保障吸附劑材料在高溫煅燒過程中結(jié)構(gòu)的完整性，防止孔道崩塌，可有效提高吸附劑的產(chǎn)出率。

23、(4)本發(fā)明采用微波浸漬法，將混合溶液三滴加至含有sr2+、gd3+的鹽溶液中，微波過程貫穿水凝膠與金屬離子螯合交聯(lián)過程；微波浸漬的方式利于交聯(lián)劑造孔，通過微波頻率的不同控制碳基π絡(luò)合材料孔徑大小，提高碳基π絡(luò)合材料不同孔徑的占比，增強(qiáng)碳基π絡(luò)合材料內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)，使得碳基π絡(luò)合材料內(nèi)部不同孔徑之間互通形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)非均質(zhì)性和各向異性，提升碳基π絡(luò)合材料的吸附效果。

24、(5)本發(fā)明在海藻酸鈉、透明質(zhì)酸鈉和甘露醇形成的混合溶液一中添加聚苯乙烯微球和十六烷基三甲基氯化銨，高溫煅燒炭化后的聚苯乙烯微球出現(xiàn)含氧基團(tuán)羥基(-oh)，與苯硼酸中的硼酸基團(tuán)(b(oh)2)化學(xué)鍵合，形成硼酸酯鍵(b-o)，從而在聚苯乙烯鏈間形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得吸附劑材料結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)挺，形成具有大比表面積、多孔道結(jié)構(gòu)的碳基π絡(luò)合材料；十六烷基三甲基氯化銨作為表面活性劑，在制作碳基π絡(luò)合材料過程中降低聚苯乙烯微球的表面張力，使得后續(xù)海藻酸鈉和金屬離子更好的和聚苯乙烯微球螯合在一起；聚苯乙烯微球和十六烷基三甲基氯化銨兩者的結(jié)合，得到內(nèi)部結(jié)構(gòu)更完整的碳基π絡(luò)合材料。

25、(6)本發(fā)明在制備混合溶液三的過程中添加了三聚磷酸鈉作為交聯(lián)劑交聯(lián)，在交聯(lián)的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了磷元素的摻雜，提高了吸附活性位點(diǎn)的數(shù)量。本發(fā)明采用摻雜sr和gd兩種金屬氧化物負(fù)載到碳基π絡(luò)合材料的載體的表面或孔道中，可以大幅度提高碳基π絡(luò)合材料的活性位點(diǎn)數(shù)量，通過控制載體與金屬氧化物的相互作用力可以有效降低氧化物的電子云密度，并產(chǎn)生局部缺陷和氧空位，從而顯著提升碳基π絡(luò)合材料的脫硫性能。

26、(7)本發(fā)明碳基π絡(luò)合材料吸附劑吸附有機(jī)硫cs2為π絡(luò)合吸附過程，cs2的中心碳原子sp雜化，形成兩個(gè)離域π鍵，吸附劑摻雜的金屬sr2+具有5s空軌道。電子從有機(jī)硫化物cs2的π軌道轉(zhuǎn)移到吸附劑金屬原子的空s軌道，即為π絡(luò)合吸附。π絡(luò)合吸附劑的π電子體系可與含π鍵的氣態(tài)污染物形成定向相互作用，可實(shí)現(xiàn)高效吸附。