【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环保水处理，具体涉及一种磁性碳基材料催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、自青霉素被发现以来，抗生素等抗菌药物被广泛使用，并逐步进入创新和发展的新阶段，为保障人类健康作出巨大贡献。抗生素是一类水溶性高、分子结构稳定、难生物降解的有机物，由于其具有抑制细菌感染和促进动物生长的特点，备受畜牧业的青睐，被频繁作为细菌抑制剂和促进生长剂使用。摄入动物体内的抗生素30％～90％以母体化合物或其代谢物的形式通过动物粪便和尿液排出体外。而绝大多数的污水处理厂(wwtps)难以有效去除水体环境中的抗生素等新污染物。这些抗生素未被有效处理便进入环境，导致抗生素在土壤、水体、沉积物等多种环境介质中被频繁检出，进而引起系列环境问题，严重威胁人类身体健康和环境安全。因此，亟需一种经济高效的处理方式，将水体中的抗生素降解为低毒性的小分子物质。
2、近年来，基于活化过硫酸盐的高级氧化技术(aops)因其产生的硫酸根自由基(so4·-)具有较长的半衰期(30～40μs)和较高的氧化还原电位(e0＝2.5～3.1v)，可以有效地破坏水中难降解的有机污染物，在处理水体中抗生素领域被国内外研究人员广泛关注。均相催化和非均相催化是活化过硫酸盐的两种主要的方式，非均相催化具有载体结构不易被破坏、性能稳定、可回收等特点。
3、铁，地质储量丰富，现有研究表明fe(ii)能有效活化过硫酸盐，利用过渡金属铁制备的非均相催化剂具有良好的催化活化过硫酸盐潜力。但是，以往研究中过渡金属制备的催化剂磁性较低，分离较难，通过引入杂原子(n或s等
技术实现思路
1、为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种磁性碳基材料催化剂及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种磁性碳基材料催化剂，原料包括双氰胺(c2h4n4)和壳聚糖中的一种或两种，还包括过渡金属铁盐。
4、作为本专利技术的优选方案，所述过渡金属铁盐为fecl3·6h2o。
5、作为本专利技术的优选方案，所述磁性碳基材料催化剂的原料仅含有c2h4n4和过渡金属铁盐时，c2h4n4和过渡金属铁盐质量比为1：(0.05～20)；原料仅含有壳聚糖和过渡金属铁盐时，壳聚糖和过渡金属铁盐的质量比为1:(0.25～1)；原料同时含有c2h4n4、过渡金属铁盐和壳聚糖时，三者质量比为(0.1～6.0):(0.1～4.0):(0.1～4.0)。
6、本专利技术还提供了上述所述的磁性碳基材料催化剂的制备方法，包括以下步骤：称取各原料，加入水中，搅拌后反应，之后干燥、研磨，再进行热解，即得所述磁性碳基材料催化剂。
7、作为本专利技术的优选方案，水与过渡金属铁盐的质量比为(25～55):1；所述反应温度为60～80℃，时间为0.5～1h；所述干燥温度为70～90℃，时间为24～30h；所述热解在n2氛围下进行，具体操作为：以3～5℃/min升温至500～950℃，停留1.5～2.5h。
8、本专利技术同时提供了上述所述的磁性碳基材料催化剂在活化过硫酸盐处理含抗生素废水中的应用。
9、作为本专利技术的优选方案，所述应用包括以下步骤：将所述磁性碳基材料催化剂和过硫酸盐添加至含抗生素废水中进行活化过硫酸盐降解抗生素反应。
10、作为本专利技术的优选方案，所述含抗生素废水中抗生素的浓度为2～20mg/l，每升含抗生素废水中加入0.02～0.2g所述磁性碳基材料催化剂，每升含抗生素废水中加入0.1～2mmol过硫酸盐，所述过硫酸盐包括过硫酸氢钾、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种，所述抗生素为四环素、盐酸四环素、环丙沙星、氧氟沙星、磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶中的一种或多种。
11、作为本专利技术的优选方案，所述反应完成后还包括对磁性碳基材料催化剂进行回收并重复利用的操作。
12、作为本专利技术的优选方案，所述回收并重复利用的具体操作为：采用磁分离方法对反应后的溶液完成固液分离，得到磁性碳基材料催化剂，洗涤、干燥后再重复上述应用步骤。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
14、本专利技术提供的磁性碳基材料催化剂具有较高的比表面积、呈现出高度石墨化，提供了更多的活性位点，催化活性高，制备过程简单，操作方便，所得催化剂性能稳定，具有较强的磁性，便于磁分离，回收，再利用，制备成本低，具有良好的经济效益。
15、本专利技术提供的磁性碳基材料催化剂在催化氧化过硫酸盐处理含抗生素水时，可在短时间内有效去除多种类型抗生素，并具有氧化剂投加量较低、去除率高的特点，在0.1g/l的催化剂投加量及0.5mm氧化剂条件下，在24min内能完全降解5mg/l的磺胺甲恶唑，说明本专利技术的碳基材料催化剂在处理含抗生素水体中具有较好的应用潜力。
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1.一种磁性碳基材料催化剂，其特征在于，原料包括C2H4N4和壳聚糖中的一种或两种，还包括过渡金属铁盐。
2.根据权利要求1所述的磁性碳基材料催化剂，其特征在于，所述过渡金属铁盐为FeCl3·6H2O。
3.根据权利要求2所述的磁性碳基材料催化剂，其特征在于，原料仅含有C2H4N4和过渡金属铁盐时，C2H4N4和过渡金属铁盐质量比为1：(0.05～20)；原料仅含有壳聚糖和过渡金属铁盐时，壳聚糖和过渡金属铁盐的质量比为1:(0.25～1)；原料同时含有C2H4N4、过渡金属铁盐和壳聚糖时，三者质量比为(0.1～6.0):(0.1～4.0):(0.1～4.0)。
4.一种权利要求3所述的磁性碳基材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取各原料，加入水中，搅拌后反应，之后干燥、研磨，再进行热解，即得所述磁性碳基材料催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，水与过渡金属铁盐的质量比为(25～55):1；所述反应温度为60～80℃，时间为0.5～1h；所述干燥温度为70～90℃，时间为24～30h；所述热解在N2氛围
6.权利要求1～3任一项所述的磁性碳基材料催化剂在活化过硫酸盐处理含抗生素废水中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将所述磁性碳基材料催化剂和过硫酸盐添加至含抗生素废水中进行活化过硫酸盐降解抗生素反应。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述含抗生素废水中抗生素的浓度为2～20mg/L，每升含抗生素废水中加入0.02～0.2g所述磁性碳基材料催化剂，每升含抗生素废水中加入0.1～2mmol过硫酸盐，所述过硫酸盐包括过硫酸氢钾、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种，所述抗生素为四环素、盐酸四环素、环丙沙星、氧氟沙星、磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述反应完成后还包括对磁性碳基材料催化剂进行回收并重复利用的操作。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述回收并重复利用的具体操作为：采用磁分离方法对反应后的溶液完成固液分离，得到磁性碳基材料催化剂，洗涤、干燥后再重复权利要求7所述步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性碳基材料催化剂，其特征在于，原料包括c2h4n4和壳聚糖中的一种或两种，还包括过渡金属铁盐。
2.根据权利要求1所述的磁性碳基材料催化剂，其特征在于，所述过渡金属铁盐为fecl3·6h2o。
3.根据权利要求2所述的磁性碳基材料催化剂，其特征在于，原料仅含有c2h4n4和过渡金属铁盐时，c2h4n4和过渡金属铁盐质量比为1：(0.05～20)；原料仅含有壳聚糖和过渡金属铁盐时，壳聚糖和过渡金属铁盐的质量比为1:(0.25～1)；原料同时含有c2h4n4、过渡金属铁盐和壳聚糖时，三者质量比为(0.1～6.0):(0.1～4.0):(0.1～4.0)。
4.一种权利要求3所述的磁性碳基材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取各原料，加入水中，搅拌后反应，之后干燥、研磨，再进行热解，即得所述磁性碳基材料催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，水与过渡金属铁盐的质量比为(25～55):1；所述反应温度为60～80℃，时间为0.5～1h；所述干燥温度为70～90℃，时间为24～30h；所述热解在n2氛围下进行，具体操作为...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，秦波，侯立安，许晓毅，李文嘉，封涛涛，宋雷，李江，王涛，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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