一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，包括如下步骤：(1)取HMIM溶于有机溶剂中，再往其中加入PVP，得到溶液A；称取Co(NO3)2和Fe(NO3)3溶于有机溶剂中，得到溶液B；(2)将溶液B加入到溶液A中，形成FeCo

【技术实现步骤摘要】
一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法。

技术介绍

[0002]高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,AOPs)因其去除速率快、污染小，已成为化学氧化水处理技术中有效去除低浓度有机污染物的重要手段之一。该方法通过产生强氧化电位的活性氧物种，包括：硫酸根自由基(SO4·
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)、羟基自由基(
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OH)、单线态氧(1O2)等，可将有机污染物分解为低毒或无毒的中间产物、或直接矿化为CO2和H2O。该方法具有反应速度快、pH适用范围广(4～10)、生命周期长(30～40μs)等优点。同时，由于强氧化活性物质的存在，在面对微生物与病原体时，能有效破坏细胞结构，杀灭广谱细菌。
[0003]中国专利(200610027961.7)公开了一种采用细乳液
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乳液聚合法制备的磁性复合微球，但该方法合成步骤繁琐，且只局限于合成纳米尺度的二氧化硅复合微球，纳米级尺寸材料在应用时难以回收，易造成二次污染。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，该方法制得的碳球粒径大同时还具有磁性，因此在水体中应用时便于回收。
[0005]技术方案：本专利技术所述的毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)取2
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甲基咪唑(HMIM)溶于有机溶剂中，再往其中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，得到溶液A；称取Co(NO3)2和Fe(NO3)3溶于有机溶剂中，得到溶液B；
[0007](2)将溶液B加入到溶液A中，形成FeCo
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ZIFs；待反应完全后往混合液中加入聚丙烯腈(PAN)并迅速搅拌，PAN充分溶解后大分子聚丙烯腈包裹在FeCo
‑
ZIFs，得到分散相；PAN在有机溶剂中为液体，进入水相中成固态；
[0008](3)将步骤(2)的有机液置于注射器中，将注射器中的溶液逐滴缓慢滴入到水相中，等待溶液静置，得到碳球前驱体；
[0009](4)取出碳球前驱体，先恒温干燥去除水分，再在氮气下进行煅烧，得到FeCo磁性多孔碳球；大分子聚丙烯腈包裹在FeCo
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ZIFs，煅烧后，FeCo
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ZIFs形成FeCo合金，大分子聚丙烯腈形成多孔碳球，在有机相转化为水相过程中碳球内部形成了多孔结构，FeCo合金位于碳球中。
[0010]其中，步骤(1)中，所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)。
[0011]其中，步骤(1)中，所述Co(NO3)2与Fe(NO3)3的质量比为0.2～0.5：0.05～0.1。
[0012]其中，步骤(1)中，HMIM与DMF的质量体积比为0.1～0.3g/mL，PVP与DMF的质量体积比为0.05～0.2g/mL。PVP能提高有机溶剂的分散稳定能力，同时PVP又能作为碳球的造孔剂，有利于催化剂的界面传质。
[0013]其中，步骤(2)中，所述PAN与DMF的质量体积比为0.1～0.2g/mL。PAN作为相分离的粘结剂，也是碳球的主要前驱体。
[0014]其中，步骤(3)中，所述注射器中溶液的滴速为2～4s/滴，优选为3s/滴。
[0015]其中，步骤(4)中，所述干燥温度为40～90℃，干燥时长为3～5h；煅烧温度为600～1000℃，煅烧时长为10～12h。
[0016]其中，所述碳球前驱体的粒径为3～6mm；FeCo磁性多孔碳球的粒径为2～5mm；FeCo磁性多孔碳球中，Fe、Co、N、C的质量占比分别为1.0～8.5％，7.0～16.5％，1.5～7.5％，65.0～75.5％。碳球内部孔径约为2～5微米，孔径越大，碳球界面传质能力越好，因此碳球内部的活性位点能更好的被利用，催化活性越好。碳球内部孔径大小可通过煅烧温度来调节。
[0017]本专利技术先利用过渡金属(Co和Fe)与HMIM相配位合成ZIFs，再采用相分离手段得到毫米级碳球前驱体，最后在氮气中高温碳化得到FeCo磁性多孔碳球。其中，氮碳载体不仅仅是作为电子中介体参与电子传递并提高过硫酸盐的活化效率，还会进行污染物吸附、电子转移等作用，能加快活性物质的产生，从而提升碳球整体的降解效果。
[0018]有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有如下显著的效果：(1)本专利技术碳球具有磁性且粒径为3mm，便于回收重复利用；(2)碳球中纳米级FeCo合金作为催化的活性位点构成氧化还原循环，加快被氧化的金属形态从高价态到低价态的转变，与金属单质催化性能相比，催化活性提升3～4倍；(3)将本专利技术FeCo磁性多孔碳球与PMS(过一硫酸盐)同时投加使用时，由于过渡金属的活化作用，产生的活性氧自由基能够破坏细菌的DNA和蛋白质，从而有效杀灭广谱细菌；同时还能够快速降解水体中的有机污染物双酚A，起到双重功能化作用，进而对水体的污染治理具有重要意义；(4)本专利技术FeCo磁性多孔碳球在48h内的稳定性能达89％以上，催化剂稳定性能良好，有利于长期重复使用。
附图说明
[0019]图1为实施例2的FeCo磁性多孔碳球的扫描电镜图；
[0020]图2为实施例2的FeCo磁性多孔碳球在不同温度下的BPA降解效率图；
[0021]图3为实施例2的FeCo磁性多孔碳球在不同BPA浓度下的降解效率图；
[0022]图4为实施例2的FeCo磁性多孔碳球在不同用量下对BPA的降解效率图；
[0023]图5为BPA降解前后浓度曲线图；
[0024]图6为实施例2的FeCo磁性多孔碳球的灭菌实验效果图。
具体实施方式
[0025]实施例1
[0026]本专利技术毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，包括如下步骤：
[0027](1)称取0.7g HMIM(2
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甲基咪唑)溶解于5mL DMF(N,N
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二甲基甲酰胺)中，置于磁力搅拌器上加速溶解，完全溶解后再向溶液中加入0.1g PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，在室温下搅拌溶解10min，得到溶液A；分别称取0.3g Co(NO3)2和0.05g Fe(NO3)3溶于1mL DMF中，得到溶液B；
[0028](2)将溶液B加入到溶液A中，混合溶液充分搅拌10min；称取0.5g PAN(聚丙烯腈)加入到混合溶液中，在室温下搅拌5～10min，使PAN充分溶解；
[0029](3)将溶解好的溶液置于注射器中，准备一个500mL的烧杯，烧杯中装满蒸馏水，烧
杯放置在转速为400rpm的磁力搅拌器上，将注射器中的溶液缓慢逐滴滴入到烧杯中(滴速为3s/滴)，最后烧杯中的成品静置10min；得到碳球前驱体；
[0030](4)取出碳球前驱体，放入到35℃恒温保温箱中进行3～5h的干燥，干燥后，将成品拿到氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取2
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甲基咪唑溶于有机溶剂中，再往其中加入聚乙烯吡咯烷酮，得到溶液A；称取Co(NO3)2和Fe(NO3)3溶于有机溶剂中，得到溶液B；(2)将溶液B加入到溶液A中，形成FeCo
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ZIFs；待反应完全后往混合液中加入聚丙烯腈并迅速搅拌使聚丙烯腈充分溶解；(3)将步骤(2)的有机液置于注射器中，将注射器中的溶液逐滴缓慢滴入到水相中，等待溶液静置，得到碳球前驱体；(4)取出碳球前驱体，先恒温干燥去除水分，再在氮气下进行煅烧，得到FeCo磁性多孔碳球。2.根据权利要求1所述的毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1所述的毫米级FeCo磁性多孔碳球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述Co(NO3)2与Fe(NO3)3的质量比为0.2～0.5：0.05～0.1。4.根据权利要求1所述的毫米级FeCo磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：包美烁，张武翔，李子涵，王庆，许显恒，郭庆勇，史明月，于超，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：