【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水处理，涉及一种高效活性的fe/mn@nsc催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、高级氧化技术因其无与伦比的功效而成为去除污染物领域研究热点。so4.-半衰期长(t1/2＝30～40μs)，氧化还原电位高为2.5～3.1v，适用ph值范围广为2.0～11.0，在外力作用下可将有机污染物完全降解为小分子、水和二氧化碳。然而，过硫酸盐本身缺乏产生大量活性氧(ros)的能力，需要外部能量激活。过硫酸盐可通过各种方法促进活化，如加热、紫外线、碱性、金属离子和金属氧化物。人们对金属和双金属催化剂用于活化过硫酸盐进行了广泛研究。但是，金属催化剂容易失活，造成严重和有害的二次环境污染。碳材料具有易于合成、比表面积大、电导率高等优点，碳材料的精心选择可大大改善金属催化剂的分散性，从而提高其催化效率。可是碳材料的成本较高且催化能力有限，它具有化学惰性和较差的稳定性，在碳骨架中引入氮、硼、硫和磷等非金属杂原子会改变碳材料的化学性质，可以提高碳材料的原始催化性能。
2、在掺杂硫原子的碳基催化剂中，硫原子具有较大的价态轨道，能够打破原始碳材料中碳材料中sp2杂化碳的电子云密度和自旋结构，引起电荷分布的改变，破坏碳基质的化学惰性，产生新的活性位点，从而加快碳材料的电子传递能力，加快污染物的降解速率。此外，在碳基材料中引入金属容易造成浸出，尤其是在酸性条件下。掺杂硫原子可以形成m-s键固化金属，从而减少金属渗漏。并且硫掺杂还能加快双金属循环从而实现更高效的污染物去除和降解。
3、特别是，在本申请专利技术人的实际研
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能显著提高碳材料电子传递能力、促进双金属循环、减少金属泄露和催化活性高的fe/mn@nsc催化剂及其制备方法和应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，所述制备方法是以碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐为原料经煅烧后制备得到具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂。
4、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐的质量比为20∶1∶2∶1.2。
5、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述碳前驱体为三聚氰胺；所述硫源为1,5-萘二磺酸；所述铁盐为九水合硝酸铁，所述的锰盐为四水合乙酸锰。
6、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，包括以下步骤：将所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂。
7、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述煅烧的温度和时间为500℃，煅烧2h；然后继续以2℃/min速率升温至800℃，煅烧2h。
8、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为2℃/min。
9、上述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述溶解混合采用水浴锅磁力搅拌加热进行，所述磁力搅拌的转速为500r/min～800r/min，所述水浴锅加热温度为80℃～90℃。
10、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂，由上述的制备方法制备得到，所述高效活性原因包括硫原子掺杂产生c-s-c活性位点、促进双金属循环和减少金属泄露。
11、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种如上所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂在活化过硫酸盐降解有机污染物废水中的应用。
12、上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂与有机污染物废水混合，添加过硫酸盐触发氧化反应，完成对有机污染物废水的降解；所述具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂0.05g～0.15g；所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中加入过硫酸盐0.2mm～0.5mm；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为10mg/l～30mg/l。
13、上述的应用，进一步改进的，所述过硫酸盐为过一硫酸盐(pms)；所述有机污染物废水为四氯苯酚(4-cp)；所述氧化反应的时间为25分钟。
14、上述的应用，进一步改进的，所述有机污染物为四氯苯酚。
15、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
16、(1)本专利技术的制备方法，以碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐为原料煅烧制得具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂。通过硫掺杂形成了c-s-c活性位点，提高碳材料的电子转移能力，从而提高催化剂的降解活性。特别的，本专利技术中，存在的双金属循环，硫原子的掺杂不仅促进双金属循环的速率，从电感耦合等离子体发射光谱测试结果来看，硫原子掺杂同时减少金属离子泄露，让本专利技术成为更加高效、绿色环保的催化剂。总的来说，本专利技术的硫原子掺杂可进一步增加碳材料的活性位点，提高催化效率，硫原子掺杂也可以与双金属循环进行协同反应，从而获得高效的活性，目前尚未见硫、铁和锰掺杂碳材料催化剂中硫掺杂对于碳材料改性机理、双金属固化和促进双金属循环的影响报道。本专利技术的制备方法为合理设计、制备工艺简单、性能优越的金属-非金属共掺杂碳基材料催化剂提供了参考。
17、(2)本专利技术的制备方法采用的原料价格低、制备工艺简单、操作方便、对制备条件和制备设备要求低，使催化剂制备成本低廉，可形成链式生产，易于大规模产出。
18、(3)本专利技术的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂，催化活性高，对过硫酸盐的活化效果好，用于活化过硫酸盐降解有机废水的降解效率高，还能耐受实际水体中自然有机物质干扰，在实际自然水体中对有机废水的去除展现了高效性能，具有较好的实际应用潜力。
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1.一种具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂及其制备方法，其特征在于，该催化剂是以三聚氰胺为碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐为原料经煅烧制得具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂。
2.根据权利要求1所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐的质量比为20∶1∶2∶1.2。
3.根据权利要求2所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为三聚氰胺；所述硫源为1,5-萘二磺酸；所述铁盐为九水合硝酸铁，所述锰盐为四水合乙酸锰。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，制备具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂。
5.根据权利要求4所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为2℃/min；所述煅烧的温度和时间为500℃，煅烧2h；然后继续以2℃/min速率
6.根据权利要求4所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶解混合采用水浴锅磁力搅拌加热进行，所述磁力搅拌的转速为500r/min～800r/min，所述水浴锅加热温度为80℃～90℃。
7.一种具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到，所述高效活性原因包括硫原子掺杂产生C-S-C活性位点、促进双金属循环和减少金属泄露。
8.一种如权利要求7所述的具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂在活化过硫酸盐降解有机污染物废水中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂与有机污染物废水混合添加过硫酸盐触发氧化反应，完成对有机污染物废水的降解；所述具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加具有高效活性的Fe/Mn@NSC催化剂0.05g～0.15g；所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中加入过硫酸盐0.2mM～0.5mM；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为10mg/L～30mg/L。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述过硫酸盐为过一硫酸盐(PMS)；所述有机污染物废水为四氯苯酚(4-CP)；所述氧化反应时间为25分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂及其制备方法，其特征在于，该催化剂是以三聚氰胺为碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐为原料经煅烧制得具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂。
2.根据权利要求1所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐的质量比为20∶1∶2∶1.2。
3.根据权利要求2所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体为三聚氰胺；所述硫源为1,5-萘二磺酸；所述铁盐为九水合硝酸铁，所述锰盐为四水合乙酸锰。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述碳前驱体、硫源、铁盐和锰盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，制备具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂。
5.根据权利要求4所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为2℃/min；所述煅烧的温度和时间为500℃，煅烧2h；然后继续以2℃/min速率升温至800℃，煅烧2h。
6.根据权利要求4所述的具有高效活性的fe/mn@nsc催化剂的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫华，屈静，李欣，谭小飞，张薇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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