【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高级氧化，具体涉及一种基于“一石三鸟”策略制备磁性、高石墨度和高活性的生物质碳催化剂的制备与应用。
技术介绍
1、药物与个人护理品(pharmaceuticals and personal care products,ppcps)包括抗生素、消炎镇痛药、激素、消毒剂、芳香剂和塑化剂等，是人们生产生活不可或缺的化学品。由于其难降解、持久存在且易迁移的特性，ppcps对水环境构成严重威胁，可能对人类健康和生态系统造成不良影响。因而，开发高效可行的水处理技术以去除水环境中的ppcps势在必行。在众多水处理技术种，臭氧催化氧化技术因氧化性强、矿化率高和环保等优势，备受瞩目。
2、臭氧催化氧化的核心是开发成本低、高效稳定的催化剂。在众多催化剂中，生物碳催化剂以环保、可调控表面性质、低成本和多功能性为特点，显示出巨大潜力，可以将废物资源化利用，促进环境可持续性。然而，生物碳催化剂也受到活性以及稳定性方面也面临挑战。生物质碳往往需要活化过程，以增大比表面积和引入更多的活性位点。目前普遍采用koh活化法，对设备腐蚀性强，所制备的生物质碳催化剂石墨化程度低，活性位点不够多。而高铁酸钾是一种较为温和的活法剂，同时fe的存在还可以促进碳的石墨化。然后高铁酸钾活化生物碳的方法通常采用一步碳化活化法。例如，蔡爱军等采用直接高铁酸钾活化，将未处理的生物质香菇菌糠直接与高铁酸钾混合焙烧，制备出一种内层为菌糠外层为四氧化三铁的生物炭（蔡爱军，吉志新等，一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用，cn 114436408a）。这一方法简便且易
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供“一石三鸟”策略制备磁性、高石墨度和高活性的生物质碳催化剂（k2feo4-bc）制备方法。采用“一石三鸟”策略，即先碳化后活化的制备方法，有效避免了生物质中存在的杂质对催化剂性能的影响。活化过程中高铁酸钾促进了生物质衍生碳的石墨化程度，同时fe物种保留在催化剂上，增加了活性位点，且催化剂具有磁性，便于回收。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）生物碳（bc）：将一定量破碎、过筛后的生物质粉末放置在石英舟中，将石英坩埚置于管式炉中部，在氮气气氛条件下碳化，自然冷却后，得到碳化后生物炭进行超纯水清洗，然后真空干燥，得到碳化生物炭；
5、（2）生物碳活化：取一定量步骤（1）得到的碳化生物炭与高铁酸钾按照一定的比例，研磨10-20 min后放入镍坩埚中盖紧盖子置于管式炉中，于氮气气氛下热解，自然冷却后，用去离子水清洗3-5次，然后真空干燥，研磨得到k2feo4-bc催化剂。
6、上述方法制备的k2feo4-bc催化剂拥有者比较大的比表面积（约为640 cm2/g）和微孔占比（40%），碳材料表面分布着纳米单质铁、氧化铁等铁系物种。铁系物种成功负载在生物碳表面让催化剂本身具有很高的磁性。这些特性都将为催化性能的提高提供可能。
7、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
8、1、本专利技术提供一种“一石三鸟”策略，用于制备磁性、高度石墨化以及高活性的生物质碳催化剂（k2feo4-bc）。该催化剂的合成过程利用生物质作为原料，以高铁酸钾作为活化剂。这一策略在多个方面取得了显著的改进：它不仅提升了生物质碳的比表面积，还增加了铁系物种的含量。这意味着催化剂具有更多反应活性位点，并表现出更高的稳定性。通过这种方法，我们成功实现了生物质碳催化剂的综合性能提升，为环境和催化领域的应用提供了有力支持。
9、2、本专利技术的关键创新在于将活化和碳化过程分为两独立的步骤。这一策略旨在在活化之前尽可能最大限度地去除生物质本身携带的杂质，以避免杂质对后续活化过程的干扰。这种分步骤的方法明显提升了催化剂的稳定性，使其更适用于实际应用场景。
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1.一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂的流程其特征在于，依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铁源为高铁酸钾，所述生物质来源为生活中易获得的坚果壳、杉树皮、山竹皮和茄子中其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，中生物质粉末用50-100目筛子过滤，碳化后用去离子水3-4次清洗。
4. 根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，碳化温度 400-500 ℃，保温时间为2-4 h。
5.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（2）中，生物炭和高铁酸钾物质的量比值分别为0.5-1.0。
6. 根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（2）中，活化温度 800-1000 ℃，保温时间为2
7. 根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（2）中，干燥采用真空干燥，温度范围为50-60 ℃，干燥时间为12-16h。
8.权利要求1-7中任意一项所述方法所制备的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂，“一石三鸟”即实现一种磁性、高石墨化和高活性生物炭催化剂，使其表面拥有更多的活性位点并利用其磁性回收催化剂。
9. 权利要求8中任意一项所述方法所制备的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备，其特征在于具体应用方法为：将K2FeO4-BC催化剂应用于臭氧催化氧化降解新兴污染物 。
...【技术特征摘要】
1.一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂的流程其特征在于，依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铁源为高铁酸钾，所述生物质来源为生活中易获得的坚果壳、杉树皮、山竹皮和茄子中其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，中生物质粉末用50-100目筛子过滤，碳化后用去离子水3-4次清洗。
4. 根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（1）中，碳化温度 400-500 ℃，保温时间为2-4 h。
5.根据权利要求1所述的一种“一石三鸟”策略制备高效生物质衍生碳催化剂制备方法，其特征在于，步骤（2）中，生物炭和高铁酸钾物质的量...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴玲，许航，轩烽栩，李洋，颜家保，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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