時間(jiān)：2021-09-22來源：無

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高質量發明(míng)專利、快速授權，成功案例系列之六：

 

                    2個月發證：一(yī)種含BPA污水的(de)處理方法及球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料（生态環境部華南環境科學(xué)研究所）

 

一(yī)、發明(míng)專利案件(jiàn)基本信息

技術領域：環保及新材料

專利号：CN202110781557.3  

專利名稱：一(yī)種含BPA污水的(de)處理方法及球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料

專利申請日：2021.07.12

專利授權日：2021.09.17

專利申請人(rén)：生态環境部華南環境科學(xué)研究所

發明(míng)人(rén)：于雲江 常兆峰 郭浩博 李良忠 向明(míng)燈

專利代理機構：廣州高炬知(zhī)識産權代理有限公司

專利代理師：孫明(míng)科

 

                                                                                   

 

 

二、發明(míng)專利申請文件(jiàn)信息

申請文件(jiàn)：26頁，1.23萬字，附圖11

授權權利要求：10，其中(zhōng)獨立權利要求：3

權項結構：

                                                                                                                           

 

三、發明(míng)內(nèi)容摘要：

本發明(míng)公開了一(yī)種含BPA污水的(de)處理方法、球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料及其制(zhì)備方法，其處理方法爲：A）制(zhì)備Fe₃O₄@MBC；B）取得(de)含BPA污水樣品、測定BPA濃度；C）檢測污水的(de)pH值；D）投加PDS，投加不同比例用量的(de)Fe₃O₄@MBC，得(de)到最佳投料比例； E）根據最佳投料比例，将Fe₃O₄@MBC加入到含BPA的(de)污水中(zhōng)，由其催化PDS，二者共同完成對(duì)水體(tǐ)中(zhōng)BPA的(de)降解、去(qù)除。本發明(míng)還公開了球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料，其是通(tōng)過在(zài)球磨生物(wù)炭的(de)表面上負載Fe₃O₄片層而得(de)到的(de)鱗片狀黑(hēi)色固體(tǐ)粉末複合材料。本發明(míng)還公開了該材料的(de)制(zhì)備方法。本發明(míng)采用的(de)材料具有獨特的(de)負載結構，污水處理效果好、成本低。

 

四、發明(míng)摘要附圖：

 

                                                                                                               

 

五、獨立權利要求1：

1. 一(yī)種含BPA污水的(de)處理方法，其特征在(zài)于，其包括如(rú)下步驟：

A）制(zhì)備作(zuò)爲含BPA污水去(qù)除劑的(de)球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC；

B）取得(de)含BPA污水樣品，用高效液相(xiàng)色譜測定BPA的(de)濃度；

C）檢測污水的(de)pH值是否處于3-9的(de)範圍內(nèi)，不是則将BPA 污水的(de)pH值調整爲3-9；

D）投加PDS、達到在(zài)污水樣品中(zhōng)5 m mol/L的(de)濃度，然後取不同比例用量的(de)球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC，分(fēn)别加入含BPA污水樣品中(zhōng)，測試得(de)到并驗證該材料對(duì)BPA的(de)去(qù)除性能(néng)及最佳投料比例：             

E）根據測試得(de)到的(de)最佳投料比例，将球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC加入到含BPA的(de)污水中(zhōng)，由其催化PDS，二者共同完成對(duì)水體(tǐ)中(zhōng)BPA的(de)降解、去(qù)除：附着在(zài)球磨生物(wù)炭表面的(de)大量Fe₃O₄與過二硫酸鹽，經過系列催化反應後生成具有高氧化活性的(de)∙OH，SO₄^∙-，∙O₂^-和(hé)¹O₂活性物(wù)質，這(zhè)些活性物(wù)質降解水體(tǐ)中(zhōng)的(de)BPA，使其最終礦化爲無害的(de)CO₂和(hé)H₂O。

 

獨立權利要求2：

4.一(yī)種用于權利要求1~3之一(yī)所述含BPA污水的(de)處理方法的(de)球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料，其特征在(zài)于，其是通(tōng)過在(zài)球磨生物(wù)炭的(de)表面上負載Fe₃O₄片層而得(de)到的(de)鱗片狀黑(hēi)色固體(tǐ)粉末複合材料Fe₃O₄@MBC，其中(zhōng)的(de)Fe₃O₄具有反式尖晶石結構，各片層的(de)晶格間(jiān)距爲0.2~0.3 nm；在(zài)球磨生物(wù)炭的(de)表面上負載的(de)鐵氧化物(wù)，以二價鐵與三價鐵的(de)形式同時存在(zài)；其中(zhōng)球磨生物(wù)炭爲無定形碳和(hé)石墨态碳結構；所述Fe₃O₄@MBC表面存在(zài)C-O、C=O、O-C=O含氧官能(néng)團，該含氧官能(néng)團一(yī)方面作(zuò)爲電(diàn)子(zǐ)供受體(tǐ)直接降解有機污染物(wù)，另一(yī)方面作(zuò)爲電(diàn)子(zǐ)穿梭體(tǐ)，介導有機污染物(wù)BPA的(de)降解。

 

獨立權利要求3：

9.一(yī)種根據權利要求4~8之一(yī)所述球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料的(de)制(zhì)備方法，其特征在(zài)于，其包括如(rú)下步驟：

S1：制(zhì)備生物(wù)炭：将木屑生物(wù)質在(zài)烘箱中(zhōng)60 °C烘幹，研磨粉碎過250 µm篩，放于剛玉舟中(zhōng)置于管式爐中(zhōng)，升溫至800 °C後保持2 h，再降至75 °C，制(zhì)得(de)生物(wù)炭粉末，取出備用；

S2：制(zhì)備球磨改性生物(wù)炭：将生物(wù)炭粉末與研磨球以1:100的(de)比例置于球磨罐中(zhōng)，球磨6 h~12 h；

S3：制(zhì)備球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC：

以摩爾比爲2:1的(de)比例将FeCl₃和(hé)FeSO₄·7H₂O在(zài)室溫下隔絕空氣、攪拌至溶解；按1:1的(de)質量比将相(xiàng)應量的(de)球磨改性生物(wù)炭加入上述溶液中(zhōng)，室溫下攪拌、再向溶液中(zhōng)連續滴加10 M NaOH，至pH爲10～11，陸續有黑(hēi)色沉澱生成；室溫下繼續攪拌，至沉澱完全，靜置，通(tōng)過磁鐵或抽濾分(fēn)離其黑(hēi)色沉澱，即制(zhì)得(de)鱗片狀的(de)球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC；Fe₃O₄的(de)生成過程爲：Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 8OH^- → Fe₃O₄ + 4H₂O。

 

七、本發明(míng)主要的(de)有益效果：

1、本發明(míng)提供的(de)含BPA污水的(de)處理方法，無需采用陽離子(zǐ)交換樹脂作(zuò)爲制(zhì)備炭基材料的(de)原材料，而是采用結構獨特、廉價、并可(kě)重複使用的(de)Fe₃O₄@MBC與PDS協同完成對(duì)水體(tǐ)中(zhōng)BPA的(de)降解，其降解效率高，降解效果穩定，處理過程中(zhōng)受廢水pH值、陰陽離子(zǐ)和(hé)溶解性有機質等的(de)影響小，克服了環境條件(jiàn)的(de)局限性，拓寬了其适用範圍；在(zài)絕大多(duō)數情況下，均不需要進行(xíng)廢水pH值調節，簡化了處理工(gōng)藝，降低了處理成本，有利于大面積推廣。

2、本發明(míng)提供的(de)含BPA污水的(de)處理方法，具體(tǐ)通(tōng)過獨特的(de)負載結構、附着在(zài)球磨生物(wù)炭表面的(de)大量Fe₃O₄活化（催化）過二硫酸鹽，通(tōng)過一(yī)系列反應生成具有高氧化活性的(de)∙OH，SO₄^∙-，∙O₂^-和(hé)¹O₂等活性物(wù)質降解BPA，并将其最終礦化爲CO₂和(hé)H₂O。該材料經試驗驗證，該材料Fe₃O₄@MBC對(duì)BPA的(de)去(qù)除過程受水體(tǐ)的(de)pH值、水體(tǐ)中(zhōng)的(de)金屬陽離子(zǐ)和(hé)溶解性有機質（DOM）變化的(de)影響較小，環境條件(jiàn)的(de)适應性大幅提高，具有廣闊的(de)應用前景。

3、本發明(míng)提供的(de)處理方法及球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC，通(tōng)過對(duì)球磨表面改性增強了生物(wù)炭對(duì)Fe₃O₄的(de)附着能(néng)力、對(duì)PDS的(de)催化能(néng)力，因此提高了對(duì)BPA的(de)去(qù)除性能(néng)。球磨改性能(néng)明(míng)顯改變生物(wù)炭的(de)表面結構及物(wù)理、化學(xué)特性：其相(xiàng)比未改性的(de)生物(wù)炭材料，增加了表面缺陷位、比表面積、孔容積、表面官能(néng)團含量、熱穩定性和(hé)分(fēn)散性，因此增強了其對(duì)PDS的(de)催化能(néng)力和(hé)對(duì)BPA的(de)去(qù)除能(néng)力，比未改性材料提高了3倍。

 

八、本案專利代理師經驗分(fēn)享：

雙酚A對(duì)人(rén)類的(de)健康有害，已經多(duō)方面的(de)試驗證明(míng)。現有研究表明(míng)，雙酚A屬低毒性化學(xué)物(wù)質。動(dòng)物(wù)試驗發現雙酚A有模拟雌激素的(de)效果，即使很低的(de)劑量也(yě)能(néng)使動(dòng)物(wù)産生雌性早熟、精子(zǐ)數下降、前列腺增長(cháng)等作(zuò)用。目前污水中(zhōng)BPA的(de)去(qù)除方法，主要包括物(wù)理降解法、生物(wù)降解法、催化氧化法等。現有研究發現，多(duō)孔碳材料因其具有較大的(de)比表面積和(hé)較高的(de)疏水性，被認爲是憎水性有機污染物(wù)的(de)優良去(qù)除劑。

現有技術方案存在(zài)着如(rú)下的(de)不足：一(yī)是采用陽離子(zǐ)交換樹脂作(zuò)爲制(zhì)備炭基材料的(de)原材料，成本較高；二是環境條件(jiàn)的(de)局限性較大，污染物(wù)的(de)去(qù)除效果受pH影響明(míng)顯，在(zài)去(qù)除污染物(wù)的(de)過程中(zhōng)其适應的(de)pH值範圍較窄、通(tōng)常需要調節廢水的(de)pH值，工(gōng)藝複雜；三是其在(zài)炭基材料中(zhōng)摻雜了多(duō)種金屬陽離子(zǐ)，一(yī)方面會(huì)增加制(zhì)備材料的(de)難度和(hé)成本，另一(yī)方面摻雜的(de)钴元素2017年(nián)被世界衛生組織國際癌症研究機構列爲2B類緻癌物(wù)，存在(zài)生态健康安全風險，而且價格昂貴；四是材料在(zài)空氣氛圍中(zhōng)長(cháng)時間(jiān)存放時的(de)催化穩定性低。此外(wài)，目前，多(duō)孔碳材料的(de)改性有酸/堿改性和(hé)化學(xué)氧化等方法，因爲機械球磨方法所制(zhì)得(de)球磨改性材料表面破碎程度大，制(zhì)作(zuò)過程複雜，所以均不采用機械球磨改性方法。

針對(duì)這(zhè)一(yī)情況，發明(míng)人(rén)團隊研發了一(yī)種新的(de)含BPA污水的(de)處理方法，其以獨特制(zhì)備的(de)球磨改性磁性生物(wù)炭複合材料Fe₃O₄@MBC作(zuò)爲含BPA污水的(de)去(qù)除劑，具體(tǐ)采用球磨改性處理，該材料成本低，催化、降解效率高，降解效果穩定，在(zài)去(qù)除廢水BPA的(de)過程中(zhōng)受廢水pH值、陰陽離子(zǐ)和(hé)溶解性有機質的(de)影響小，以克服環境條件(jiàn)的(de)局限性，達到提高該類污水的(de)處理效率和(hé)效果，并降低處理成本的(de)目的(de)。

本專利涉及多(duō)個學(xué)科和(hé)技術領域，包括環境保護、生物(wù)新材料、化學(xué)、生物(wù)質制(zhì)備及污水處理工(gōng)藝等，對(duì)專利代理師的(de)跨領域的(de)專業能(néng)力、綜合水平，對(duì)生物(wù)新材料技術領域的(de)經驗要求較高。我(wǒ)公司派出專利代理師孫明(míng)科與研發團隊對(duì)接，反複多(duō)次與研發團隊深入交流，共同分(fēn)析技術問(wèn)題和(hé)發明(míng)要點，在(zài)深度檢索和(hé)多(duō)次撰寫修改的(de)基礎上，完成了本項發明(míng)專利的(de)申請文件(jiàn)。本案專利代理師通(tōng)過與研發團隊成員密切溝通(tōng)，認真聽取發明(míng)人(rén)的(de)構思和(hé)技術方案，并且進行(xíng)了深入的(de)技術挖掘，準确縮短(duǎn)技術問(wèn)題和(hé)技術效果，從而得(de)到了本發明(míng)呈現的(de)較爲完善的(de)技術方案。

本案件(jiàn)由于涉及生物(wù)新材料及污水處理技術、屬于生物(wù)技術領域，專利代理師根據相(xiàng)關規定，爲申請人(rén)辦理了加快審查的(de)相(xiàng)關手續，并且在(zài)預審、審查意見(jiàn)答(dá)複、繳費等多(duō)個環節均做加急處理，最終使本發明(míng)能(néng)夠在(zài)2個月左右的(de)時間(jiān)頒發了發明(míng)證書，創下該研究所科研團隊多(duō)年(nián)以來最快的(de)發明(míng)發證時間(jiān)記錄（我(wǒ)國發明(míng)專利通(tōng)常的(de)發證時間(jiān)爲24-36個月）。

   本專利是專利代理師撰寫的(de)跨領域高質量專利申請案件(jiàn)，反複修改了多(duō)稿、曆時二個多(duō)月才最終定稿，發明(míng)人(rén)科研團隊及代理師對(duì)本發明(míng)均付出了辛苦的(de)勞動(dòng)。

    本發明(míng)專利作(zuò)爲高質量的(de)發明(míng)專利，對(duì)污水處理方法、材料、材料的(de)制(zhì)備工(gōng)藝均進行(xíng)了合理的(de)保護，采用加快的(de)申請和(hé)快速審查答(dá)複，大幅縮短(duǎn)了審查時間(jiān)。本專利獲得(de)專利授權後，有利于該研究所對(duì)該專利技術進行(xíng)快速轉化、實施，盡早投入使用，産生更好的(de)社會(huì)和(hé)經濟效益。