一种零价铜改性增强零价铁碳微电解材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种零价铜改性增强零价铁碳微电解材料的制备方法及应用，涉及环境治理技术领域，该纳米零价铁碳铜微电解材料的制备方法具体包括以下步骤：(1)Fe0/C微电解材料的制备：将葡萄糖、柠檬酸铁与去离子水混合后，得到混合液，将混合液超声、加热并恒温反应，而后冷却、清洗、烘干，得到铁碳微电解材料前驱体；(2)Fe0/C@Cu0微电解材料的制备：将铁碳微电解材料前驱体与碱式碳酸铜混合后，煅烧，即得Fe0/C@Cu0微电解材料，该材料是一种制备简单、绿色高效的新型非均相催化剂，具备微孔结构、活性高、降解速率高的特点，能够应用在降解磺胺噻唑中。胺噻唑中。胺噻唑中。

【技术实现步骤摘要】
一种零价铜改性增强零价铁碳微电解材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境治理
，具体涉及一种零价铜改性增强零价铁碳微电解材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]铁碳(Fe0/C)微电解技术因操作简便、实用性强等优点成为处理工业废水中各种污染物广泛应用的一种环保工艺技术。在微电解过程中，产生的活性物种具有较高的化学活性，可快速实现对有机污染物的高效降解，提高工业废水的可生化性。Fe0/C微电解材料的制备方法大多是铁源与碳源物理混合法、还原共沉积法、高温煅烧法等。铁源包含铁屑、铁盐(FeSO4、FeCl3、FeCl2等)、金属有机框架(MOF)等，碳源来自于活性炭、稻壳、秸秆、碳纳米管、石墨烯等。当Fe与C同时添加到水中时，C作为阴极可与阳极Fe产生无数个局部原电池，有助于内部的零价铁(Fe0)迁移到C表面，加速铁腐蚀。在这一过程中，催化、还原、混凝、沉淀等一系列连锁反应随之发生，实现污染物的高效去除。
[0003]尽管Fe0/C微电解材料对污染物降解具有一定的效果，但在应用中仍存在一些不足。例如，由于氢氧化铁的积累等腐蚀反应，铁的反应活性会随着反应时间的增加而逐渐降低，导致污染物去除量的减少。因此，有研究者提出在二元微电解系统中加入其他填料，构建新的微电解系统，不仅可以克服二元内电解的不足，还可以进一步提高电极反应和污染物去除的效率。为了提高Fe0/C的反应活性，将Cu0作为催化剂加入Fe0表面制备Fe0/C@Cu0微电解材料。Fe(阳极)和Cu(阴极)之间的原电池的形成大大加速了从铁纳米粒子到污染物的电子转移。同时C可作为电子传递体，提高微电解活性。与普通贵金属Pd、Pt、Ru和Au相比，Cu作为正极材料成本更低，且能显著提高Fe0的反应活性。
[0004]相关现有技术，如专利CN201811108348.7公开了一种复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备方法和处理含锑废水的方法，是以碳元素为载体，负载纳米零价铁，掺杂铜元素做为助剂的微电解材料，金属元素被碳元素包裹。该材料兼具微电解材料较高的氧化还原电位差、介孔材料的超大比表面积、卓越的氧化还原活性以及纳米材料的优良性能。专利CN202011385432.0以及CN202010222064.1则分别提供了一种吸附富集
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降解再生处理有机废水的方法；以及一种高效处理有机废水的铁基碳氮化合物催化材料及其制备方法。最终制备得到的材料可有效吸附废水中染料、酚类及抗生素等多种有机污染物。
[0005]目前为止，现有技术存在以下缺点，即：1)Fe0在实际应用时，因自身活性高而易发生团聚现象，与空气容易氧化导致其活性降低，同时存在不易重复使用的问题，如何克服以上缺点是需要突破的难点；2)二元Fe0/C微电解系统相比于单一Fe0系统，以上问题得到进一步改善，但实际应用仍然受到许多限制。由于Fe0或C表面的腐蚀产物的作用，二元微电解系统的活性会随着时间而逐渐消失，从而对污染物的降解能力有限。基于Fe0/C微电解活性低的缺点，寻找一种具备微孔结构、活性高、降解速率高特点的简单、绿色高效的新型非均相催化剂十分必要。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种零价铜改性增强零价铁碳微电解材料的制备方法及应用，该应用具体为复合材料用于难降解污染物磺胺噻唑的高效降解，其中，Fe0/C@Cu0微电解材料是一种制备简单、绿色高效的新型非均相催化剂，具备微孔结构、活性高、降解速率高的特点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种纳米零价铁碳铜微电解材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)Fe0/C微电解材料的制备：以葡萄糖为碳源，以柠檬酸铁为铁源，将葡萄糖、柠檬酸铁与去离子水混合后，得到混合液，将混合液超声、加热并恒温反应，而后冷却、清洗、烘干，得到铁碳微电解材料前驱体；
[0010](2)Fe0/C@Cu0微电解材料的制备：将铁碳微电解材料前驱体与碱式碳酸铜混合后，煅烧，即得Fe0/C@Cu0微电解材料。
[0011]进一步地，步骤(1)中所述混合液中的铁、碳摩尔比为1:10
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30。
[0012]优选地，步骤(1)中所述混合液中的铁、碳摩尔比为1:22。
[0013]进一步地，步骤(1)中所述加热的温度为150
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200℃，时间为5
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15h。优选地，所述加热的温度为180℃，时间为10h。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述加热并恒温反应在高压反应釜中进行。
[0015]进一步地，步骤(2)中所述煅烧具体包括：升温至600
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900℃条件下恒温1
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3h。优选地，步骤(2)中所述煅烧具体包括：1h升温至180℃条件下恒温1h。
[0016]进一步地，步骤(2)中所述铁碳微电解材料前驱体与碱式碳酸铜的重量比为1
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3:1。
[0017]优选地，步骤(2)中所述铁碳微电解材料前驱体与碱式碳酸铜的重量比为1:1。
[0018]本专利技术还提供了上述的制备方法制备得到的纳米零价铁碳铜微电解材料。
[0019]本专利技术制备得到的纳米零价铁碳铜微电解材料能够应用在降解磺胺噻唑中。
[0020]本专利技术所取得的技术效果是：
[0021]1)制备的Fe0/C@Cu0微电解材料具有催化活性高、结构稳定、分散性良好、制备方法简单等优点，在污染物催化降解领域具有良好的应用前景。
[0022]2)制备的复合催化剂具有微孔结构(孔径<5nm)、比表面积大、碳球包覆Fe0结构，良好的结晶度，为污染物的催化降解提供了丰富的活性位点。
[0023]3)Cu0的引入提高了Fe0的腐蚀，Fe0、C、Cu0三者之间的协同作用促进了电子转移过程，提高了三元微电解系统的催化活性。
[0024]4)Fe0/C@Cu0微电解材料制备过程中采用的水热法
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高温煅烧法联用法突破了单一方法制备的缺点，为制备其他类型的微电解材料提供了一种新的研究思路。同时该方法简单高效，省时省力，环保节能，制备过程中无二次环境污染，并且简便的制备方法具有大规模生产的潜力，有利于推广应用。
附图说明
[0025]图1为Fe0/C@Cu0微电解材料的TEM、SEM和mapping图；其中a
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c为TEM图，d
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f为SEM图，g
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k为mapping图；
[0026]图2为图1中TEM的EDX图谱的放大示意图；
[0027]图3为Fe0/C@Cu0微电解材料的XRD图谱；
[0028]图4为Fe0/C@Cu0微电解材料的氮气吸附
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解吸图；
[0029]图5为Fe0/C@Cu0微电解材料的孔径分布图。
具体实施方式
[0030]以下通过特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe0/C微电解材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)Fe0/C微电解材料的制备：以葡萄糖为碳源，以柠檬酸铁为铁源，将葡萄糖、柠檬酸铁与去离子水进行混合后，得到混合液，将混合液超声、加热并恒温反应，而后冷却、清洗、烘干，得到铁碳微电解材料前驱体；(2)Fe0/C@Cu0微电解材料的制备：将铁碳微电解材料前驱体与碱式碳酸铜混合后，煅烧，即得Fe0/C@Cu0微电解材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述混合液中的铁、碳摩尔比为1:10
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30。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述混合液中的铁、碳摩尔比为1:22。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热的温度为150
‑
200℃，时间为5<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓丽，牛琳，雷啟焘，吴丰昌，
申请(专利权)人：广东省科学院生态环境与土壤研究所，
类型：发明
国别省市：