【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境治理，具体涉及一种负载铜的氮掺杂生物炭复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、
2、目前，抗生素污染控制技术中，基于过硫酸盐(ps)的高级氧化技术(aops)反应体系能够产生具有强氧化性的活性物种(如·oh、so4·–)，将污染废水中难降解大分子有机物降解为低毒或无毒的小分子物质，甚至达到矿化的效果。因此，在处理难降解有机污染物方面具有良好的应用前景。但由于ps在常温下化学性质稳定，单独使用难以降解有机污染物，常使用热活化、碳催化等方法激活ps，促进其产生活性物种，提高污染物的去除效率。碳基催化剂不仅具有低成本、高稳定性等优点，还对ps活化十分有效，具有吸附和催化的双重优势，被广泛应用于ps-aops。中国专利文献cn117138821a公开了一种氮掺杂生物炭负载硫化铜复合材料及其制备方法与应用，该复合材料可实现水中染料的高效去除。然而该复合材料对污染物的吸附效果一般且降解效率较低。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种负载铜的氮掺杂生物炭复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料具有吸附和催化双重优势，进一步提高了对污染物的去除效率。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，包括氮掺杂生物炭和负载在氮掺杂生物炭上的单质铜。
4、优选的，所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料中单质铜的质量分数为0.35％～1.28％。
5、优选的，所述负载铜
6、优选的，所述生物质粉末为大豆秸秆粉末。
7、所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8、将生物质粉末在含氮源和铜源的溶液中进行浸渍，然后固液分离，所得固体干燥后得到附着有氮元素和铜离子的生物质粉末；
9、将所述附着有氮元素和铜离子的生物质粉末在氮气气氛下进行高温热裂解，得到负载铜的氮掺杂生物炭复合材料。
10、优选的，所述铜源为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜。
11、优选的，所述氮源为尿素。
12、优选的，所述高温热裂解的温度为300～900℃。
13、所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料在活化过二硫酸盐降解污染水体中有机污染物方面的应用。
14、优选的，所述的应用包括：
15、将所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料与含有机污染物的污染水体混合，进行预吸附；
16、预吸附结束后，将过硫酸盐加入污染水体中，进行有机污染物的催化降解。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
18、本专利技术提供的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料具有较高的比表面积，丰富的微介孔结构，优异的有机物吸附性能以及良好的降解性能。金属铜的掺杂提高了碳材料的石墨化程度，使材料产生了更多的活性位点，促进了电荷的转移，同时cu(ⅱ)和cu(ⅲ)之间价态的相互转化可活化过二硫酸盐(pds)产生活性物种(ros)，ros促使大分子降解为小分子，从而达到降解抗生素的目的。氮的引入提高了材料的缺陷程度，丰富了生物炭的孔隙结构，增加了复合材料对有机污染物吸附能力，缩短了ros攻击污染物的距离，加速了降解效率，同时丰富的孔隙结构有效抑制了金属铜颗粒的团聚，减少铜离子的溢出，铜离子的溢出符合中国废水排放标准(gb 31574-2015)(0.2mg/l)，减少了对水体的二次污染。在有机污染物降解过程中，有机污染物先通过与负载铜的氮掺杂生物炭复合材料表面活性位点的强相互作用被吸附；继而该材料活化pds进而产生一系列ros，由于吸附作用有机污染物富集在负载铜的氮掺杂生物炭复合材料表面，缩短了ros攻击有机污染物的距离，加速了降解效率；降解后，活性位点被释放，剩余的有机污染物分子再次吸附至生物炭复合材料表面，形成了可持续的吸附-降解过程。由此，通过吸附和氧化降解的相互促进作用，负载铜的氮掺杂生物炭复合材料对有机污染物的去除效果大大提升。本专利技术中的复合材料具有吸附和催化双重优势，通过吸附和单线态氧为主导的非自由基途径协同作用实现污染物的去除，提升对污染物的去除效率，且反应体系较为稳定。此外，该复合材料适用废水的ph范围广，受实际水体中离子影响较小，在废水处理领域具有巨大的潜力和广泛的应用前景。
19、本专利技术以生物质为原料，通过浸渍法和高温碳化法制备了负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，能够实现生物质的资源化利用，制备工艺简单，原料廉价易得。
20、本专利技术将负载铜的氮掺杂生物炭复合材料应用于活化pds来去除水中的有机污染物，能实现有机污染物的高效去除。
21、进一步的，对负载铜的氮掺杂生物炭复合材料进行预吸附处理，能进一步提高有机污染物的降解效率。
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1.一种负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，包括氮掺杂生物炭和负载在氮掺杂生物炭上的单质铜。
2.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料中单质铜的质量分数为0.35％～1.28％。
3.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料中氮的质量分数为0.96％～5.40％。
4.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述生物质粉末为大豆秸秆粉末。
5.权利要求1～4任一项所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述铜源为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜。
7.根据权利要求5所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述氮源为尿素。
8.根据权利要求5所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述高温热裂解的温度为300～900℃。
...【技术特征摘要】
1.一种负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，包括氮掺杂生物炭和负载在氮掺杂生物炭上的单质铜。
2.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料中单质铜的质量分数为0.35％～1.28％。
3.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述负载铜的氮掺杂生物炭复合材料中氮的质量分数为0.96％～5.40％。
4.根据权利要求1所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料，其特征在于，所述生物质粉末为大豆秸秆粉末。
5.权利要求1～4任一项所述的负载铜的氮掺杂生物炭复合材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱军峰，曾庆珠，熊赳赳，刘嘉辉，查雯，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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