一种抗环境干扰Fe@N-CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种抗环境干扰Fe@N

【技术实现步骤摘要】
一种抗环境干扰Fe@N
‑
CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法


[0001]本专利技术涉及一种抗环境干扰Fe@N
‑
CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法，属于化学及环境


技术介绍

[0002]磺胺类抗生素作为一类常见的抗生素，由于其价格低廉、效果稳定在人类医疗和牲畜疾病中被广泛使用。而水体和土壤中检测出的磺胺嘧啶不仅对生物有毒害作用，还能够诱发抗性基因的产生，从而对生态系统的稳定带来潜在的威胁。传统的水处理技术不能完全将其去除，而使其在水环境中的残留情况比较严重，对人类和生态环境存在潜在的危害。因此需要研究一种高效可行的技术来去除水中的磺胺类抗生素。
[0003]过硫酸盐高级氧化工艺(PS
‑
AOP)被认为是用于污水处理的清洁技术，其可以应用的pH 值范围广，稳定性更好，对污染物的种类有选择性，因此，过硫酸盐高级氧化工艺(PS
‑
AOP) 在污水处理领域越来越受欢迎。尽管过硫酸盐(PS)是一种非常强大的氧化剂，但它与普通污染物的反应相对较慢，为了实现污染物的快速降解，通常需要活化以产生反应性自由基，通常通过紫外、超声、过渡金属和无金属催化剂等方法活化产生。
[0004]现阶段，过硫酸盐活化技术存在以下弊端：1)外加能量活化，极大降低了经济性，如中国专利文献CN114950509A公开了一种微波活化过硫酸盐快速氧化降解PPCPs废水催化剂及其制备和应用方法，2)金属基活化剂中金属离子溶出导致二次污染，3)过硫酸盐体系中易受卤素离子、含氧阴离子以及天然有机质的干扰。因此，探索一种工艺简单、经济高效、催化活性高、抗干扰能力强的活化过一硫酸盐的方法是非常有必要的。
[0005]铁基催化剂的活化方式具有环境友好、相对无毒和成本低廉的优势。相对于亚铁离子的均质活化过程，铁基异质催化剂在PMS活化过程中具有铁泥产量低、可回收和广泛的pH适用性等优势。碳基材料因具有良好的支持性和协同催化作用而被认为是铁基催化剂的理想载体。已有研究表明，铁/氮掺杂的碳纳米材料(Fe/N
‑
C)相比铁碳纳米材料来说具有更加优异的降解性能，可有效活化过硫酸盐高效去除有机污染物，这是由于氮掺杂纳米碳材料通过在石墨烯层中引入杂质原子，来调控催化剂的导电性能，可以为多元反应提供更多活性位点。
[0006]目前，铁基氮掺杂材料通常通过原位合成和后处理的方式实现，原位合成可同时实现氮的掺杂与碳骨架的形成，掺杂量高的优点，但烧结过程中活性组分易于团聚。而后处理通常需要添加额外助剂，还容易产生表面掺杂、分布不均、掺杂水平低等问题。这些都成为制约 Fe@N
‑
CNs实际应用的重要因素。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种抗环境干扰Fe@N
‑
CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法。
[0008]本专利技术的方法可以在更宽的pH值范围内(3.0
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11.0)，以及高浓度阴离子、高浓度有机物干扰下高效活化过硫酸盐产生自由基从而高效降解水体中的有机污染物，尤其是对磺胺类抗生素效果最为突出，可以适用于复杂环境进行活化过硫酸盐产生自由基。
[0009]本专利技术的Fe@N
‑
CNs复合催化材料具有良好的吸附特性和优异的催化性能，且易于回收，进行重复利用。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种抗环境干扰Fe@N
‑
CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法，包括步骤如下：
[0012]向含有机污染物的废水中投加Fe@N
‑
CNs复合催化材料，混合均匀，连续搅拌达到吸附平衡，然后加入过一硫酸盐，在20
‑
50℃、pH为3.0
‑
11.0条件下对其搅拌，形成降解体系，体系产生自由基对抗生素进行高级氧化催化降解，催化降解时间为0.1
‑
1h，每升废水投加 Fe@N
‑
CNs复合催化材0.05
‑
0.2g。
[0013]根据本专利技术优选的，所述的过一硫酸盐为过硫酸氢钾。
[0014]根据本专利技术优选的，体系中过一硫酸盐的浓度为0.25
‑
2mmol/L。
[0015]根据本专利技术优选的，每升废水投加Fe@N
‑
CNs复合催化材0.15g。
[0016]根据本专利技术优选的，所述的有机污染物为抗生素，抗生素为磺胺类抗生素。
[0017]根据本专利技术优选的，含有机污染物的废水中有机污染物的浓度为10
‑
60mg/L。
[0018]根据本专利技术优选的，体系温度为20
‑
50℃。
[0019]进一步优选的，体系温度为20
‑
30℃。
[0020]根据本专利技术优选的，体系pH为3.0
‑
9.0。
[0021]根据本专利技术优选的，吸附是在黑暗条件下进行，催化降解在黑暗条件下进行。
[0022]根据本专利技术优选的，Fe@N
‑
CNs复合催化材料是以羧甲基壳聚糖水凝胶为模板，以Fe
3+
或Fe
2+
为交联剂，形成Fe
3+
@CMCs水凝胶或Fe
2+
@CMCs水凝胶，然后经过高温煅烧制备制得。
[0023]根据本专利技术优选的，Fe@N
‑
CNs复合催化材料具体是按如下方法制得：
[0024](1)将羧甲基壳聚糖粉末与去离子水混合，羧甲基壳聚糖的质量分数为2
‑
8wt％，加热至45
‑
55℃搅拌5
‑
7h，羧甲基壳聚糖粉末完全溶解，获得半透明的羧甲基壳聚糖凝胶溶液；
[0025](2)向Fe
3+
或Fe
2+
溶液中滴加羧甲基壳聚糖凝胶溶液，静置交联1
‑
3天，获得交联后的羧甲基壳聚糖凝胶球；
[0026](3)将交联后的羧甲基壳聚糖凝胶球用去离子水洗涤至Fe
3+
或Fe
2+
无残留，冷冻干燥，加热煅烧，获得Fe@N
‑
CNs复合催化材料。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，Fe
3+
或Fe
2+
溶液中Fe
3+
或Fe
2+
浓度为0.1
‑
0.5mol/L。
[0028]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，羧甲基壳聚糖凝胶溶液与Fe
3+
或Fe
2+
溶液的体积比为 1：(3
‑
4)。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，Fe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗环境干扰Fe@N
‑
CNs复合催化材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的方法，包括步骤如下：向含有机污染物的废水中投加Fe@N
‑
CNs复合催化材料，混合均匀，连续搅拌达到吸附平衡，然后加入过一硫酸盐，在20
‑
50℃、pH为3.0
‑
11.0条件下对其搅拌，形成降解体系，体系产生自由基对抗生素进行高级氧化催化降解，催化降解时间为0.1
‑
1h，每升废水投加Fe@N
‑
CNs复合催化材0.05
‑
0.2g。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的过一硫酸盐为过硫酸氢钾，体系中过一硫酸盐的浓度为0.25
‑
2mmol/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每升废水投加Fe@N
‑
CNs复合催化材0.15g。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机污染物为抗生素，抗生素为磺胺类抗生素。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含有机污染物的废水中有机污染物的浓度为10
‑
60mg/L。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，体系温度为20
‑
50℃，优选的，体系温度为20
‑
30℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，体系pH为3.0
‑
9.0，吸附是在黑暗条件下进行，催化降解在黑暗条件下进行。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Fe@N
‑
CNs复合催化材料是以羧甲基壳聚糖水凝胶为模板，以Fe
3+
或Fe
2+
为交联剂，形成Fe
3+
@CMCs水凝胶或Fe
2+
@CMCs水凝胶，然后经过高温煅烧制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，贺锦开，李延伟，
申请(专利权)人：山东大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：