一种铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及水处理领域，公开了一种铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法。该铁氮共掺杂生物质碳材料用于高级氧化水处理，本发明专利技术所用的方法主要包含以下步骤：第一步作为前期处理，将生物质原材料海带清洗干净后烘干、粉碎；第二步，取一定量的前期处理的原材料进行水热反应；第三步，取上述处理完材料于铁溶液中浸渍后离心洗涤、干燥；第四步，取含氮前驱体与上述干燥完固体一同被研磨均匀后在管式炉中进行第一次高温煅烧；第五步，第一次高温煅烧完的固体粉末进行酸洗处理；最后，干燥完的固体粉末进行第二次高温煅烧处理，得到一种铁氮共掺杂生物质碳基催化剂。本发明专利技术方法材料来源广泛，制备成本低廉，降解废水中抗生素的效果明显。果明显。果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳材料催化剂制备
，尤其是涉及一种铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]水污染处理问题一直以来都是困扰人们的一大难题，尤其是近几年来，水体中难降解有机污染物(医药中间体、染料、护理产品等)引发的环境问题引起了研究学者们广泛的关注与研究。
[0003]传统的污水处理方法常用有吸附法、膜分离法等物理方法。就吸附法而言，其只是实现了污染物在相间的转移，并没有彻底除去污染物，如若处理不当，吸附质很容易造成难以处理的二次污染。另外一种同属物理处理方法的膜分离方法虽然有较好的处理效果，但是由于技术含量较高，在成本和投资方面势必要付出较大的代价。
[0004]催化活化过硫酸盐降解水中有机污染物的高级氧化技术是近年来发展起来的新型技术。由于过硫酸盐在正常条件下具有较高的稳定性，需要外部条件催化其产生强氧化的自由基。在以往的研究中，人们研究并应用了多种活化方法用于降解废水中的抗生素，如热活化(Chem.Eng.J.298(2016)225
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233)、碱性活化(Sep.Purif.Technol.241(2020)116679)和过渡金属活化(Chem.Eng.J.391(2020)123532)等。这些方法可以有效地激活过硫酸盐，但必然存在高能耗、应用条件严格、二次污染等问题。因此，有必要继续开发一种高效、环保的活化方法。
[0005]生物质碳材料由于其可用性、低价格和优良的催化性能，得到了广泛的研究。生物质碳材料一般对过硫酸盐有活化作用，但不经处理往往难以达到令人满意的效果。杂原子的掺杂可以引入更多的活性位点，提高活化性能。Wang等比较了不同氮含量的富氮金属有机框架制备的多孔碳(NPC)的活化性能，结果表明，氮掺杂后的材料NPC活化性能明显提高(Carbon 115(2017)730
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739)。He等通过物理球磨法成功合成了FeS@BC复合材料，并将其应用于过硫酸盐(PS)存在下四环素(TC)的氧化去除。研究证明BC和硫化亚铁之间的协同作用能够进一步提高催化剂的活化性能(Chem.Eng.J.404(2021)126997)。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于高级氧化水处理的铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法。
[0007]本专利技术提供了一种铁氮共掺杂生物质碳材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]S1，将生物质原材料用去离子水洗涤干净、干燥后粉碎；
[0009]S2，将S1步骤的所得物进行水热反应，反应后用去离子水洗涤、烘干、粉碎；
[0010]S3，将S2步骤的所得物在铁溶液中浸渍后用去离子水离心洗涤、干燥；
[0011]S4，采用研磨的方式将S3步骤所得物和含氮前驱体混合均匀，并在管式炉中进行
第一次高温煅烧处理，得到初步铁氮共掺杂生物质碳材料；
[0012]S5，将初步铁氮共掺杂生物质碳材料在酸溶液中酸洗后，用去离子水洗涤至中性，干燥；
[0013]S6，将S5所得物质在管式炉中进行第二次高温煅烧处理，得到最终催化剂材料。
[0014]进一步，S1步骤中的生物质原材料为海带。
[0015]进一步，S2步骤中的水热反应的具体条件为：反应温度为150～300℃，反应时间为4～16h；原料质量与去离子水的体积比为1～3g：60mL。
[0016]进一步，S3步骤中：所述铁溶液中铁元素的质量为S2步骤的所得物质量的1％～10％，铁溶液浓度为0.1～0.8g/L；所述铁溶液为九水硝酸铁或无水氯化铁中的一种；浸渍过程中先超声的时间为0.5～2h，后搅拌的时间为3～5h。
[0017]进一步，所述S3步骤的离心条件为：速率为3000～6000r/min，1～3min/次，共2～5次。
[0018]进一步，S4步骤中：S3步骤所得物与含氮前驱体的质量比为1：2～6，所述含氮前驱体为三聚氰胺或双氰胺中的一种。
[0019]进一步，S4步骤中：第一次高温煅烧处理的温度为700～1000℃，处理时间为0.5～4h，升温速率为1～10℃每分钟，处理过程采用氩气保护。
[0020]进一步，S5步骤中：酸液浓度为0.1～1.0mol/L，所述酸溶液为硫酸或盐酸中的一种，采用油浴或水浴加热至50～100℃，酸洗5～10h。
[0021]进一步，S6步骤中：第二次高温煅烧处理的温度为700～1000℃，处理时间为0.5～4h，升温速率为1～10℃每分钟，处理过程采用氩气保护。
[0022]进一步，所述烘干为鼓风干燥，温度为60～80℃，干燥时间为8h及以上。
[0023]本专利技术的有益效果是：所制备的生物质碳材料催化剂能够高效催化活化过硫酸盐降解水中有机污染物，实现了目标污染物的矿物化，达到了较理想的处理效果。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备的HD
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N催化剂的TEM图。。
[0025]图2为实施例1制备的HD
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N催化剂的催化降解效果图。
[0026]图3是实施例1(HD
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N)与实施例4(HD)制备的生物质碳材料催化剂的催化降解性能比较图。
[0027]图4是实施例1(HD
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N)与实施例4(HD)制备的生物质碳材料催化剂的催化降解性能比较图。
具体实施方式
[0028]以下结合实施方式对本专利技术作进一步的说明。
[0029]本实施例公开了一种用于高级氧化水处理的铁氮共掺杂生物质碳材料催化剂的制备方法，该方法主要包括以下几步：
[0030](1)第一步，生物质原材料海带用去离子水洗涤干净、60～80℃鼓风干燥8h及以上后粉碎。
[0031](2)第二步，第一步处理完的原材料按材料质量与去离子水体积比为1～3g：60mL
在150～300℃下，进行4～16h的水热反应，反应后用去离子水洗涤、烘干、粉碎备用。
[0032](3)第三步，将第二步处理完的固体粉末于一定浓度铁溶液中浸渍一定时间后去离子水离心洗涤、干燥，其中铁溶液中铁元素的质量为所加入原材料的1％～10％，铁溶液浓度为0.1～0.8g/L，所采用的含铁药品为九水硝酸铁或无水氯化铁中的一种，浸渍过程中先超声的时间为0.5～2h，后搅拌的时间为3～5h；离心过程速率为3000～6000r/min，1～3min/次，共2～5次。
[0033](4)第四步，浸渍后的干燥固体按一定比例称取含氮前驱体，采用研磨的方式将两者混合均匀后在氩气氛围保护的管式炉中于700～1000℃下煅烧0.5～4h，升温速率为1～10℃每分钟，其中干燥固体与含氮前驱体的质量比为1：2～6，所用含氮前驱体为三聚氰胺或双氰胺中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁氮共掺杂生物质碳材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1，将生物质原材料海带用去离子水洗涤干净、干燥后粉碎；S2，将S1步骤的所得物进行水热反应，反应后用去离子水洗涤、烘干、粉碎；S3，将S2步骤的所得物在铁溶液中浸渍后用去离子水离心洗涤、干燥；S4，采用研磨的方式将S3步骤所得物和含氮前驱体混合均匀，并在管式炉中进行第一次高温煅烧处理，得到初步铁氮共掺杂生物质碳材料；S5，将初步铁氮共掺杂生物质碳材料在酸溶液中酸洗后，用去离子水洗涤至中性，干燥；S6，将S5所得物质在管式炉中进行第二次高温煅烧处理，得到最终催化剂材料。2.根据权利要求1所述的一种铁氮共掺杂生物质碳材料的制备方法，其特征在于，S1步骤中的生物质原材料为海带。3.根据权利要求1所述的一种铁氮共掺杂生物质碳材料的制备方法，其特征在于，S2步骤中的水热反应的具体条件为：反应温度为150～300℃，反应时间为4～16h；原料质量与去离子水的体积比为1～3g：60mL。4.根据权利要求1所述的一种铁氮共掺杂生物质碳材料的制备方法，其特征在于，S3步骤中：所述铁溶液中铁元素的质量为S2步骤的所得物质量的1％～10％，铁溶液浓度为0.1～0.8g/L；所述铁溶液为九水硝酸铁或无水氯化铁中的一种；浸渍过程中先超声的时间为0.5～2h，后搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯三英，谭智龙，胡海龙，邓怡杰，何梦君，陶阳，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：