一种边缘缺陷生物质Fe-N-C催化剂的制备方法及应用技术

技术编号：42898986 阅读：19 留言：0更新日期：2024-09-30 15:15

本发明专利技术公开了一种边缘缺陷生物质Fe‑N‑C催化剂的制备方法及应用。所述催化剂是由以稻壳、木粉、尿素和九水合硝酸铁为原料，经高温热解制备得到Fe‑N‑C催化剂，再通过气相迁移热解制备获得边缘缺陷生物质Fe‑N‑C催化剂。该催化剂能快速活化过二硫酸盐，通过高级氧化反应去除难降解的有机污染物，在pH=3~7范围内表现出高催化活性，经过循环使用后催化效果良好，降低了污染物处理成本，是一种环境友好型催化剂，在废水深度处理方面具有广阔的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水污染控制，涉及一种边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

1、近年来，过硫酸盐高级氧化技术成了废水高级氧化处理的研究热点，该反应体系产生的硫酸根自由基较羟基自由基具有更高的氧化还原电位和半衰期，且稳定性高，可以更有效的降解污染物。传统活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的方式有光、热、酸碱活化等，但存在能源浪费、反应活性低等问题，目前较为有效的活化方式为零价铁、金属氧化物和活性炭等非均相催化剂活化。

2、发表于期刊《colloids and surfaces a-physicochemical and engineeringaspects》上的文章“synthesis of fe-nx site-based iron-nitrogen co-doped biocharcatalysts for efficient removal of sulfamethoxazole from water by activationof persulfate:electron transfer mechanism of non-free radical degradation”，以微藻、铁盐和氮源为原料制备生物质fe-n-c催化剂用于活化ps降解污染物，能在60min内去除90％以上的磺胺甲恶唑(smx)，但制备的fe-n-c中含有铁纳米颗粒、α-fe氧化物和fe5c2这类催化活性低的物质，一定程度上降低了催化剂中fe-nx的数量和密度，从而降低催化剂活性。

3、为了进一步提升fe-n-c催

技术实现思路

1、为解决上述现有技术fe-n-c催化剂存在不足之处的技术问题，本专利技术旨在提供一种边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的制备方法及应用，提升fe-n-c催化剂的利用效率和结构稳定性，在常温条件下活化过二硫酸盐(pds)降解难降解有机污染物取得良好效果。

2、本专利技术的技术方案：

3、一种边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)提供fe-n-c催化剂、铁源，所述铁源采用酞菁铁(ⅱ)，所述fe-n-c催化剂为以稻壳、木粉、尿素和九水合硝酸铁为原料经700～1000℃高温热解制备得到fe-n-c催化剂；

5、(2)将fe-n-c催化剂与酞菁铁(ⅱ)按质量比为1﹕1.5～3放置在反应管的两端，fe-n-c催化剂放置在逆风处，酞菁铁放在顺风处；

6、(3)将反应管中的物料放在管式炉中进行热解处理，在n2气氛下以5～10℃/min的升温速率加热至800～1000℃煅烧处理3～5h，得到边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂。

7、用上述方法制备的边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的应用：向含有难降解有机污染物的废水中加入边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂和pds，充分混合，将反应器放置在150～200rpm的摇床中，常温条件下进行降解反应；所述pds为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或多种；催化剂投加量与难降解有机污染物的质量比为5﹕1～15﹕1；pds投加量和难降解有机污染物的摩尔比为10﹕1～100﹕1；降解反应的时间为30～90min。

8、专利技术原理：为了进一步提升fe-n-c催化剂的性能，减少α-fe氧化物和fe5c2等物质的生成，分析不同形态的fe-n-c催化剂在过硫酸盐高级氧化体系中的应用效果，本专利技术设计构建了一种边缘缺陷fe-n-c催化剂并将其应用于活化过二硫酸盐降解难降解有机污染物。利用气相迁移法对前述fe-n-c-800进行二次热解处理，高温蒸发的气态酞菁铁可以被fe-n-c-800的碳缺陷捕获，有利于原位形成边缘缺陷fe-n结构。经过第二步的热解，fe-n-c-800可以构建大量可接近的fe-nx活性位点出现在fe-n-c催化剂的近表面上，增加fe-nx活性位点的密度和修饰其电子结构，形成具有分散fe-nx位点的边缘缺陷fe-n-c催化剂。

9、本专利技术的效果及优点：边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂表现出优异活化性能，在多个循环中表现出高稳定性和可重复使用的性能，在ph＝3～7的宽范围内表现出高催化活性。吡啶n和石墨n可作为电子供体，而c-n和c＝o则作为电子受体实现电子转移。fe-n键的极性结构可以使ps中的o-o键极化，从而产生1o2。此外，边缘缺陷fe-nx位点中n原子周围的c原子带正电，n可以从中抽取电子，从而促进1o2的产生，高效降解难降解有机污染物。获得的边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂，具备高效性、稳定性、可重复利用性以及广泛适用性的特点，可实现生物质资源的转化利用，为难降解有机污染物废水的深度处理提供一种新方法。

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【技术保护点】

1.一种边缘缺陷生物质Fe-N-C催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法制备得到的边缘缺陷生物质Fe-N-C催化剂的应用，其特征在于：向含有难降解有机污染物的废水中加入边缘缺陷生物质Fe-N-C催化剂和过二硫酸盐PDS，充分混合，将反应器放置在150~200rpm的摇床中，常温条件下进行降解反应；所述PDS为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或多种；催化剂投加量与难降解有机污染物的质量比为5﹕1~15﹕1；PDS投加量和难降解有机污染物的摩尔比为10﹕1~100﹕1；降解反应的时间为30~90min。

【技术特征摘要】

1.一种边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法制备得到的边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂的应用，其特征在于：向含有难降解有机污染物的废水中加入边缘缺陷生物质fe-n-c催化剂和过二硫酸盐pds，充分混合，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛强，王艳，周贤波，张恩华，万金泉，刘和芳，朱丛韵，左诗语，刘宽勇，
申请(专利权)人：中国轻工业长沙工程有限公司，
类型：发明
国别省市：

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