【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高级氧化类芬顿催化降解有机污染物领域，尤其涉及一种高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物及其构建与污染物降解应用。
技术介绍
1、类芬顿氧化是产生活性氧(ros)最有前途的策略之一，以处理不断增长的水污染，导致淡水日益稀少。基于过硫酸盐的类芬顿系统，使用过二硫酸盐(pds，s2o82-)或过硫酸盐(pms，hso5-)作为氧化剂，通过硫酸根自由基(so4·-)、羟基自由基(·oh)和单线态氧(1o2)高效降解几乎所有有机污染物。与pms相比，pds更容易运输，成本更低(pms为$2.2/kg，pds为$0.74/kg)，这使其成为降解难降解污染物的潜在选择。然而，pds拥有对称的过氧化物键([so3-o-o-so3]2-)，它比pms更难被激活。因此，开发具有出色的pds活化功能的先进催化剂是非常紧迫的。过渡金属及其氧化物已被用作pds活化的异质催化剂。其中，氧化铁因其成本低、毒性小而引起了研究人员的关注。开发高效的铁基催化剂对pds活化及污染物治理非常重要。
2、尽管自由基具有较高的氧化还原电位和广泛的反应活性，但它们很容易，且不可避免地被共存的无机阴离子和天然有机物消耗，从而阻碍了目标污染物的降解。1o2作为一种高选择性的活性物种在污染物降解领域受到广泛的关注。迫切需要探索高选择性产生1o2的策略及催化剂。pds在催化剂表面的吸附结构可以调节pds的活化路径。因此，通过金属-载体间相互作用改变金属活性位点的电子结构是实现1o2高选择性产生的一种有效策略。由于结构和化学方面的优点，碳质材料已被广泛地应
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术当中存在的高级氧化材料由于活化过硫酸盐活性低，选择性差而导致污染物降解效率低、稳定性和抗干扰性差等问题，通过合成具有强界面耦合作用的三维氮掺杂碳负载碳包裹fe2o3-fe3c纳米粒子复合材料(fe2o3-fe3c@nc)，提出一种高选择性产单线态氧的体系的构建，并将其应用于污染物降解应用。金属位点被碳层包裹，有效抑制金属流失，提高催化稳定性。而且，单线态氧作为活性物种，该体系对无机阴离子及不同水环境表现出较好的抗干扰性。
2、一种高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，所述氮富集碳杂化物包括载体和负载在所述载体上的负载物；所述载体包括三维多孔氮掺杂碳材料；所述负载物包括被碳层包裹的金属纳米粒子。
3、优选的，所述碳包裹的金属纳米粒子包括fe2o3-fe3c纳米粒子。
4、优选的，所述被碳层包裹的铁纳米粒子的粒径包括15～25nm。
5、一种上述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物的构建方法，包括如下步骤：
6、a、将壳聚糖水溶液浸入酸剂进行交联，形成水凝胶；
7、b、将所述水凝胶浸泡在铁盐溶液中络合，形成fe-水凝胶；
8、c、将所述fe-水凝胶干燥，获得气凝胶前驱体；
9、d、将所述气凝胶前驱体热解，获得所述氮富集碳杂化物。
10、通过自牺牲策略，制造一种新型的三维多孔碳层包裹fe2o3-fe3c的氮富集碳杂化物，该杂化物原位结合了碳包裹的fe2o3-fe3c(≈17.7nm)，且具有丰富的氧空位。fe2o3-fe3c与氮掺杂的碳基体之间的强耦合作用促进pds活化。材料表面缺陷和界面电荷转移使fe位点的电子结构发生重排，减弱了fe位点的正电荷，增强了c-n位点的正电荷性，这些位点通过非自由基途径协同引导pds氧化并高选择性地生成1o2，从而实现高效降解四环素。本专利技术的体系通过工程架构和调节多个活性位点的局部电子密度来提高对过硫酸盐的活化，并使其高选择性的产生1o2，用于高效的污染物降解。
11、优选的，步骤a中，所述酸剂包括乙酸；步骤b中，所述铁盐溶液包括fe(ch3coo)2水溶液；步骤c中，所述干燥包括低温干燥；步骤d中，所述热解包括煅烧。
12、优选的，步骤a中，所述壳聚糖水溶液的浓度包括6wt％；步骤b中，所述铁盐溶液的浓度包括0.1m；
13、优选的，步骤a中，所述壳聚糖水溶液包括羧甲基壳聚糖水溶液；步骤c的具体操作包括：将所述fe-水凝胶清洗，并浸泡在醇剂中，再进行所述干燥，获得所述气凝胶前驱体；步骤d的具体操作包括：将所述气凝胶前驱体置于煅烧炉中，在惰性气氛中以850～1000℃进行煅烧热解，获得所述氮富集碳杂化物。
14、步骤a、b、c中，均以浸没为主，酸剂、铁盐溶液、醇剂的用量没有特别限制，可以稍微过量以加快反应速率并使反应更彻底。
15、优选的，步骤a中，所述交联的时间包括15min；步骤b中，所述络合的时间包括3h；步骤c中，所述所述fe-水凝胶清洗后浸泡在醇剂中的时间包括24h；所述干燥的时间包括一天；步骤d中，所述煅烧热解的温度包括900℃；所述煅烧热解的时间包括1h。
16、实验中发现，煅烧热解过程中，温度达到850～1000℃就会出现碳层包裹fe2o3-fe3c纳米粒子结构，而温度控制在900℃时发现碳层包裹更均匀，催化效果最好。
17、优选的，步骤c中，使用去离子水清洗所述fe-水凝胶；所述醇剂包括叔丁醇；步骤d中，所述煅烧炉包括管式煅烧炉；所述惰性气氛包括氩气气氛。
18、一种上述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物的应用，用于污染物降解。
19、本专利技术包括如下内容：
20、1.三维氮掺杂碳负载碳包裹fe2o3-fe3c纳米粒子复合材料的制备
21、以壳聚糖为碳、氮源，将其配置成一定浓度的水溶液，在酸性条件下通过自交联形成水凝胶。再将其与fe离子配位络合，形成金属-水凝胶配合物，低温干燥获得金属-壳聚糖气凝胶。高温煅烧该气凝胶得到三维氮掺杂碳负载碳包裹fe2o3-fe3c纳米粒子复合材料。
22、2.复合材料的pds活化及1o2活性物种的检测分析。
23、3.复合材料降解污染物效率、稳定性及抗干扰能力测试。
24、取一定量的污染物溶液于烧杯中，加入催化剂和过二硫酸钾(pds)，测试pds活化及污染物降解效果。通过捕获实验及电子顺磁共振epr测试1o2及贡献。1o2可能的产生路径：
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31、与现有技术相比较，实施本专利技术，具有如下有益效果：
32、(1)以三维多孔氮掺杂碳材料为载体，在其表面负载碳包裹的fe2o3-fe3c纳米粒子制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述氮富集碳杂化物包括载体和负载在所述载体上的负载物；所述载体包括三维多孔氮掺杂碳材料；所述负载物包括被碳层包裹的金属纳米粒子。
2.根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述被碳层包裹的金属纳米粒子包括Fe2O3-Fe3C纳米粒子。
3.根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述被碳层包裹的铁纳米粒子的粒径包括15～25nm。
4.一种根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述构建方法，其特征在于，步骤A中，所述酸剂包括乙酸；步骤B中，所述铁盐溶液包括Fe(CH3COO)2水溶液；步骤C中，所述干燥包括低温干燥；步骤D中，所述热解包括煅烧。
6.根据权利要求4所述构建方法，其特征在于，步骤A中，所述壳聚糖水溶液的浓度包括6wt％；步骤B中，所述铁盐溶液的浓度包括0.1M；步骤C中，所述干燥包括真空冷冻干燥，温度包括-55℃
7.根据权利要求4所述构建方法，其特征在于，步骤A中，所述壳聚糖水溶液包括羧甲基壳聚糖水溶液；步骤C的具体操作包括：将所述Fe-水凝胶清洗，并浸泡在醇剂中，再进行所述干燥，获得所述气凝胶前驱体；步骤D的具体操作包括：将所述气凝胶前驱体置于煅烧炉中，在惰性气氛中以850～1000℃进行煅烧热解，获得所述氮富集碳杂化物。
8.根据权利要求7所述构建方法，其特征在于，步骤A中，所述交联的时间包括15min；步骤B中，所述络合的时间包括3h；步骤C中，所述所述Fe-水凝胶清洗后浸泡在醇剂中的时间包括24h；所述干燥的时间包括一天；步骤D中，所述煅烧热解的温度包括900℃；所述煅烧热解的时间包括1h。
9.根据权利要求7所述构建方法，其特征在于，步骤C中，使用去离子水清洗所述Fe-水凝胶；所述醇剂包括叔丁醇；步骤D中，所述煅烧炉包括管式煅烧炉；所述惰性气氛包括氩气气氛。
10.一种根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物的应用，其特征在于，用于污染物降解。
...【技术特征摘要】
1.一种高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述氮富集碳杂化物包括载体和负载在所述载体上的负载物；所述载体包括三维多孔氮掺杂碳材料；所述负载物包括被碳层包裹的金属纳米粒子。
2.根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述被碳层包裹的金属纳米粒子包括fe2o3-fe3c纳米粒子。
3.根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物，其特征在于，所述被碳层包裹的铁纳米粒子的粒径包括15～25nm。
4.一种根据权利要求1所述高选择性产单线态氧体系的氮富集碳杂化物的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述构建方法，其特征在于，步骤a中，所述酸剂包括乙酸；步骤b中，所述铁盐溶液包括fe(ch3coo)2水溶液；步骤c中，所述干燥包括低温干燥；步骤d中，所述热解包括煅烧。
6.根据权利要求4所述构建方法，其特征在于，步骤a中，所述壳聚糖水溶液的浓度包括6wt％；步骤b中，所述铁盐溶液的浓度包括0.1m；步骤c中，所述干燥...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏红，徐慧玲，鲁福身，邹春慧，曾颜心，梁敏仪，崔蓓蓓，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：
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