一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用，涉及水处理技术领域。本发明专利技术公开的氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法包括如下步骤：首先，环糊精和铜源进行反应，反应后得到固体产物，然后将尿素加入固体产物悬浮液中进行反应，反应结束后，将反应产物进行烘干、焙烧，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。所述氮掺杂类芬顿催化剂对水中的有机污染物具有良好的降解效果，并且所述催化剂的稳定性较好，可重复使用，对过氧化氢的消耗量也很小，适于广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
淡水资源对于包括人类物种在内的所有生物的生存至关重要。但是，随着工业的迅速发展，染料、农药和其他有机污染物造成的水污染日益严重，极大地威胁着环境和人类健康。因此，迫切需要有效去除有机污染物。幸运的是，已经开发了许多有效的处理方法来去除废水中的有机污染物，如物理吸附、生物降解和膜分离。在这些处理中，先进的氧化工艺(AOPS)被认为是一种通过羟基自由基(·OH)分解有机染料来处理废水污染的有力技术。芬顿工艺作为一种先进的氧化工艺，在工业废水处理中得到了广泛的应用。然而，经典的Fenton过程，包括污染物降解的均相和非均相反应，在中性条件下效率低，活性低，以及H2O2的消耗大，这些问题主要是由电子转移速度的限制和H2O2的无效分解引起的。因此，在中性pH条件下，探索和开发一种高效的Fenton类催化剂在现阶段引起了人们的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种适用范围广、使用过程中不产生二次污染、H2O2无效分解率低的氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将环糊精和铜源分散到溶剂中，搅拌，得到悬浊液A；(2)待步骤(1)完成后，向悬浊液A中加入尿素，搅拌、蒸干，得到固体产物A；(3)待步骤(2)完成后，将固体产物A烘干，研磨均匀，得到固体产物B；(4)待步骤(3)完成后，将固体产物B进行焙烧，冷却、洗涤、干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。优选地，所述步骤(1)中，铜源为氯化铜、硝酸铜、醋酸铜和硫酸铜中的至少一种，铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为(0.2-5)：1，溶剂为甲醇或乙醇。优选地，所述步骤(1)中，铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为2:1。本专利技术申请人通过多次实验验证，以该配比制备出来的氮掺杂类芬顿催化剂在对水中的有机污染物进行处理的过程中具有最佳降解效果。优选地，相对于50-100mL溶剂，尿素的添加量为1-15g。优选地，相对于60mL溶剂，尿素的添加量为8g。优选地，所述步骤(2)中，蒸干温度为60-90℃。优选地，所述步骤(3)中，烘干温度为50-80℃，烘干时间为8-24h。优选地，所述步骤(3)中，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。优选地，所述步骤(4)中，在惰性气体或氮气下对固体产物B进行焙烧，焙烧分为两段，第一段：焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为1-5h，第二段：焙烧温度为600-1000℃，焙烧时间为1-5h，焙烧升温速率为5℃。优选地，所述步骤(4)中，第一段焙烧温度为500℃，焙烧时间为2h；第二段焙烧温度为800℃，焙烧时间为2h，本专利技术申请人通过多次实验证实，以所述条件制备得到的催化剂具有最优的结构。优选地，所述步骤(4)中，在管式炉中自然冷却，以去离子水和乙醇分别洗涤三次，在30-60℃下干燥6-24h。同时，本专利技术公开了一种由所述制备方法制备得到的氮掺杂类芬顿催化剂。此外，本专利技术公开了所述氮掺杂类芬顿催化剂在水处理领域的应用，应用方法为，在含有有机污染物的废水中加入所述氮掺杂类芬顿催化剂和过氧化氢，氧化分解有机污染物。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种新型的氮掺杂氮掺杂类石墨烯包覆零价铜纳米颗粒类芬顿催化剂，制备方法简单，设备要求低。所述催化剂具有典型的包覆型结构，即Cu、N共掺杂类石墨烯结构包覆零价铜。此外，类石墨烯结构中形成Cu-O-C键桥连接，这种键桥的产生使金属Cu位点形成富电子中心，而类石墨烯C位点形成缺电子中心。不同类型的活性中心将发生不同的氧化还原反应。并且，这种包覆结构可以减少零价铜与污染物、H2O2接触，减少零价铜纳米颗粒的消耗，并且零价铜可以调控材料内部电子分布。本专利技术公开的氮掺杂类芬顿催化剂可以利用水中溶解氧和污染物中的电子，原位产生·OOH自由基来降解污染物，对难生物降解的有机污染物也具有良好的氧化效果，催化降解活性和效率明显高于常规的多相芬顿催化剂。并且，所述催化剂在降解污染物的过程中具有较高的H2O2利用率，稳定性较好，金属离子溶出量少，其固体结构也便于与水分离，进行循环利用。附图说明图1为实施例1的扫描电镜图；图2为实施例1与对比例2的XRD图；图3(a)为NC的O1s的XPS谱图，图3(b)为实施例1的O1s的XPS谱图，图3(c)为实施例1的Cu2p的XPS谱图，图3(d)为实施例1的CuLM2俄歇谱图；图4为实施例1对布洛芬、双酚A、苯妥英、环丙沙星和苯海拉明的降解曲线图；图5为实施例1对BPA降解的循环反复利用活性评价图；图6为降解水中污染物时使用实施例1对H2O2的消耗量测试图；图7为实施例1的悬浮液中的·OOH的EPR信号图。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本实施例为本专利技术公开的一种氮掺杂类芬顿催化剂，其制备方法包括如下步骤：(1)将2gβ-环糊精和0.6307g二水合氯化铜分散到60mL甲醇中，搅拌15min，得到悬浊液A；(2)待步骤(1)完成后，向悬浊液A中加入8g尿素，搅拌，在80℃水浴锅中蒸干，得到固体产物A；(3)待步骤(2)完成后，将固体产物A在60℃烘箱中烘干，研磨均匀，得到固体产物B；(4)待步骤(3)完成后，将固体产物B在氮气的保护下进行焙烧，第一段焙烧温度为500℃，焙烧时间为2h；第二段焙烧温度为800℃，焙烧时间为2h，升温速率为5℃/min，自然冷却，以去离子水和乙醇洗涤3-4次，然后在60℃真空干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。实施例2本实施例为本专利技术公开的一种氮掺杂类芬顿催化剂，其制备方法包括如下步骤：(1)将2gβ-环糊精和0.9461g二水合氯化铜分散到60mL甲醇中，搅拌15min，得到悬浊液A；(2)待步骤(1)完成后，向悬浊液A中加入8g尿素，搅拌，在80℃水浴锅中蒸干，得到固体产物A；(3)待步骤(2)完成后，将固体产物A在60℃烘箱中烘干，研磨均匀，得到固体产物B；(4)待步骤(3)完成后，将固体产物B在氮气的保护下进行焙烧，第一段焙烧温度为500℃，焙烧时间为2h；第二段焙烧温度为800℃，焙烧时间为2h，升温速率为5℃/min，自然冷却，以去离子水和乙醇洗涤3-4次，然后在60℃真空干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。实施例3本实施例为本专利技术公开的一种氮掺杂类芬顿催化剂，其制备方法包括如下步骤：(1)将2gβ-环糊精和0.3154g二水合氯化铜分散到60mL甲醇中，搅拌15min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将环糊精和铜源分散到溶剂中，搅拌，得到悬浊液A；/n(2)向悬浊液A中加入尿素，搅拌、蒸干，得到固体产物A；/n(3)将固体产物A烘干，研磨均匀，得到固体产物B；/n(4)将固体产物B进行焙烧，冷却、洗涤、干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将环糊精和铜源分散到溶剂中，搅拌，得到悬浊液A；
(2)向悬浊液A中加入尿素，搅拌、蒸干，得到固体产物A；
(3)将固体产物A烘干，研磨均匀，得到固体产物B；
(4)将固体产物B进行焙烧，冷却、洗涤、干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铜源为氯化铜、硝酸铜、醋酸铜和硫酸铜中的至少一种，所述铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为(0.2-5)：1，溶剂为甲醇或乙醇。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为2:1。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相对于50-100mL溶剂，尿素的添加量为1-15g。


5.如权利要求4所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春，廖威翔，吕来，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44