活化过硫酸盐的非金属组合物及其制备方法和应用技术

活化过硫酸盐的非金属组合物及其制备方法和应用，将活性炭、硫粉和球磨球加入到氧化锆球磨罐中，球磨结束后自然冷却至室温，过筛分离得到微纳尺寸的硫掺杂碳材料，所述微纳尺寸的硫掺杂碳材料的尺寸为200‑600 nm，孔容为0.023 cm

【技术实现步骤摘要】
活化过硫酸盐的非金属组合物及其制备方法和应用
本专利技术属于有机污染废水处理
，具体涉及一种活化过硫酸盐的非金属组合物及其制备方法和应用。技术背景单过硫酸盐（PMS）可被金属氧化物、过渡金属等活化产生高活性的硫酸根自由基（SO4•-，2.5-3.1V)和羟基自由基（HO•，2.8V），在高效降解有机污染物方面具有突出优势，基于PMS的催化氧化技术得到了学界的广泛关注。然而，金属离子溶出、适用pH范围窄等限制，给实际应用带来诸多挑战。同时，非金属催化剂的环境友好性引起了广泛关注。由于比表面积大、不含金属等特性，碳基材料比如碳纳米管（CNTs）和还原氧化石墨烯（RGO）等活化过硫酸盐已有报道。在此基础上，修饰碳材料，如杂原子掺杂，可有效调控碳材料的结构和电子特性等，满足更多的需求。最近取得巨大进步的氮掺杂碳材料，其在催化领域有着优异的表现。杂原子掺杂碳材料催化剂的优异性能，吸引学者不断扩大掺杂谱，如硫（S）、磷（P）等杂原子。利用杂原子修饰碳材料，即将N、S等杂原子引入碳的骨架中。其中，N和C接近的原子半径，令N取代碳晶格中的碳原子相对容易，使得N被选择对碳材料进行掺杂，结果较为理想。和N不同，S比C原子的半径大很多，将S掺杂进入碳的骨架中较为困难，硫掺杂碳材料指示了碳材料领域的新兴方向，研究工作也相对较少。各种杂原子的掺杂方式对碳材料性能的影响同样引起了学者的研究兴趣。迄今，学者发展了多种方法，比如等离子体法、水热法和球磨法等。球磨法由于其高产品率、操作简单、绿色环保和易于规模化广受研究者青睐。球磨时，将杂原子和碳基材料进行球磨，高速运转的球磨球机械地将固体颗粒尺寸减小，产生表面缺陷，生成新的官能团，这些缺陷和官能团被认为是PMS的活化位点。在能源危机和环境污染的当今社会，“能源”成为国家间竞争的热点。CNTs、RGO等制备工艺复杂、价格高昂等原因不适合大规模生产以及推广应用。因此，亟需开发环境友好、高效低廉的单过硫酸盐催化剂。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术针对传统基于金属活化过硫酸盐处理有机污染物工艺操作复杂、造价高昂等技术瓶颈，活化过硫酸盐的非金属组合物及其制备方法和应用，选取活性炭和硫粉为原料，利用球磨工艺制备出了微纳尺寸硫掺杂碳材料（nSACx，其中x为初始硫投加含量，单位为mmol），其能够高效活化单过硫酸盐（PMS）降解废水中多种有机污染物，包括邻苯二甲酸二乙酯、磺胺甲氧嘧啶、双酚A和苯酚等污染物。球磨工艺简单环保、易于大规模生产应用；所选原材料为活性炭和硫粉，均价格低廉、储量丰富、环境友好；制备出的硫掺杂碳材料具有微纳米结构，可以提供更大的比表面积和更优异的催化性能；nSACx/PMS体系具有宽pH适用范围、高降解效率等优点，以上特点均为新兴碳材料引发新的思路和方向。技术方案：活化过硫酸盐的非金属组合物的制备方法，步骤为：将活性炭、硫粉和球磨球加入到氧化锆球磨罐中，球磨结束后自然冷却至室温，过筛分离得到微纳尺寸的硫掺杂碳材料，所述微纳尺寸的硫掺杂碳材料的尺寸为200-600nm，孔容为0.023cm3/g，平均孔径为1.62nm，比表面积为12.19m2/g。球磨时间：每球磨15min，暂停15min，循环96次，总计球磨24h。球磨球配比为：40g的10mm的小球、50g的7mm的小球、40g的6mm的小球、30g的3mm的小球。球磨物料比为40:1，样品单次球磨质量4g，转速为450rpm。上述方法制得的活化过硫酸盐的非金属组合物。上述材料中含硫量为6.08at%。上述过硫酸盐的非金属组合物在处理有机污染物中的应用。上述有机污染物为邻苯二甲酸二乙酯、双酚A、磺胺甲氧嘧啶和苯酚，污染物的浓度为100µM。上述应用步骤为：向有机污染物的废水中加入单过硫酸盐和硫掺杂碳材料，其浓度分别为0.5-5.0mM和0.5-2.0g/L，震荡反应4h。有益效果：（1）球磨工艺操作简单、绿色环保、产品率高、可大规模生产应用，克服了传统工艺操作复杂、造价高昂等缺陷。（2）选用活性炭和硫粉作为原材料，价格低廉、储量丰富、环境友好，在实际有机废水处理中大大降低了成本。（3）制备的硫掺杂碳纳米材料为非金属催化剂并且含硫量低，解决了金属催化剂有毒金属溶出等问题。（4）制备的硫掺杂碳材料具有微纳米结构，为活化单过硫酸盐提供了更大的接触面积和更多的活性位点，进而呈现出优异的催化性能，具有适用pH范围宽、可循环使用等优点。（5）本专利技术工艺操作简单、成本低廉并且产品具有高催化性能，对于邻苯二甲酸二乙酯、磺胺甲氧嘧啶、双酚A和苯酚类污染物都具有高效的降解活性。附图说明图1硫掺杂碳材料的透射电镜图；图2硫掺杂碳材料不同硫掺杂含量对活化单过硫酸盐降解污染物的效果比较图；图3硫掺杂碳材料活化单过硫酸盐降解邻苯二甲酸二乙酯的效果对比图；图4硫掺杂碳材料活化单过硫酸盐体系中硫掺杂碳材料剂量和单过硫酸盐浓度对污染物降解影响的比较图；图5硫掺杂碳材料活化单过硫酸盐对不同类型有机污染物的降解效果比较图；图6硫掺杂碳材料活化单过硫酸盐循环实验降解有机污染物效果比较图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明，阐明本专利技术的突出特点和显著进步，仅在于说明本专利技术而绝不局限于以下实例。本实施方式是一种高效活化过硫酸盐的非金属组合物及其应用。实施例1：一种高效活化过硫酸盐的非金属组合物及其应用按以下步骤完成：一、球磨法制备微纳尺寸硫掺杂碳材料的方法如下：步骤一：将活性炭、硫粉、球磨球按比例加入到125mL的氧化锆球磨罐中；步骤二：优化球磨参数，球磨结束后，自然冷却至室温，过筛分离得到样品。制备的硫掺杂碳材料的透射电镜如图1所示，为层状结构，具为微纳结构：200-600nm。球磨时间：每球磨15min，暂停15min，循环96次，总计球磨24h。球磨球配比为：40g的10mm的小球、50g的7mm的小球、40g的6mm的小球、30g的3mm的小球。球磨物料比为40:1，样品单次球磨质量4g，转速为450rpm。二、反应物的预混合及其活化单过硫酸盐降解有机污染物的步骤取含有不同类型有机污染物的废水，加入一定浓度的单过硫酸盐，得到污染物和单过硫酸盐的预混合液；单过硫酸盐的初始浓度为0.5-5.0mM；预处理溶液中有机污染物的种类为邻苯二甲酸二乙酯、磺胺甲氧嘧啶、双酚A和苯酚，有机污染物浓度为100µM。三、催化降解实验的诱发将微纳尺寸硫掺杂碳材料加入到污染物与单过硫酸盐的预混合液中，振荡反应4h，上述的微纳尺寸硫掺杂碳材料的投加量为0.5-2.0g/L。四、反应pH值的调节本专利技术在宽pH范围（3-9）内均能实现有机污染物的高效降解，说明环境pH值对反应体系影响不大。在催化降解实验诱发前，使用硫酸（0.05mM）和氢氧化钠溶液将反应体系的pH值调节到预定值。五、有机污染物的提取测定将微纳尺寸硫掺杂碳材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.活化过硫酸盐的非金属组合物的制备方法，其特征在于步骤为：将活性炭、硫粉和球磨球加入到氧化锆球磨罐中，球磨结束后自然冷却至室温，过筛分离得到微纳尺寸的硫掺杂碳材料，所述微纳尺寸的硫掺杂碳材料的尺寸为200-600 nm，孔容为0.023 cm

【技术特征摘要】
1.活化过硫酸盐的非金属组合物的制备方法，其特征在于步骤为：将活性炭、硫粉和球磨球加入到氧化锆球磨罐中，球磨结束后自然冷却至室温，过筛分离得到微纳尺寸的硫掺杂碳材料，所述微纳尺寸的硫掺杂碳材料的尺寸为200-600nm，孔容为0.023cm3/g，平均孔径为1.62nm，比表面积为12.19m2/g。


2.根据权利要求1所述活化过硫酸盐的非金属组合物的制备方法，其特征在于球磨时间：每球磨15min，暂停15min，循环96次，总计球磨24h。


3.根据权利要求1所述活化过硫酸盐的非金属组合物的制备方法，其特征在于球磨球配比为：40g的10mm的小球、50g的7mm的小球、40g的6mm的小球、30g的3mm的小球。


4.根据权利要求1所述活化过硫酸盐的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：方国东，黄敏，王玉军，周东美，左静，秦丰林，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，南京迪天高新产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32