新型光热转化碳纤维助力印染废水治理

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印染废水是当前国内外公认的较难处理的工业废水之一,其主要由退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水等组成,具有成分复杂、色度高、有毒物质多的特点,属于含有一定量有毒物质的有机废水。印染废水的处理通常采用以厌氧(水解酸化)-好氧(生物接触氧化)组合法为主体,辅以物理化学处理的组合处理工艺。


太阳能作为一种清洁、可再生的绿色能源,已经被广泛应用于光伏发电、光催化及光热转化等领域。其中,基于光热转化原理进行污水净化是一种低成本、低维护的环境友好型技术。目前的光热转化材料主要有碳基材料、等离激元材料以及半导体材料等,上述材料由于自身的物理化学稳定性,在高盐雾、高温度、高湿度以及高腐蚀等极端环境下存在应用局限。


为解决上述问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所科研团队设计并制备了一种具有超稳定环境耐受性的碳纤维材料,用于在光热转化层进行多种介质的纯化。该团队利用水热合成技术在碳纤维表面引入稳定的碳层,以提高碳纤维表面粗糙度,且通过碳化改性过程引入部分极性官能团。改性后的碳纤维的表面极性提高,使得碳纤维能够依靠纤维之间的毛细管作用对液体(水或者有机溶剂)进行自提取,不需要附加额外的汲取材料,简化了太阳能蒸发器件的设计。


碳化改性碳纤维的光热转化效率高,对于水包油乳液(非挥发性硅油)具有良好的去除效果,且可对印染行业中含染料的有机溶剂表现出良好的脱色及纯化效果,同时,碳纤维具有丰富的多级纤维结构及良好的毛细汲水能力,对于高盐海水在纤维表面的结晶具有良好的溶解及自修复能力。碳化改性碳纤维材料,在多介质纯化领域具有广阔的应用前景,大大拓展了目前碳纤维以及光热转化材料在溶剂纯化方面的应用领域。


 
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