[發明專利]二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201910924879.1
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110665512B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 朱小螢;周豪;陳寶梁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種二氧化錳?磁性生物炭復合催化劑及其制備方法和用途。其制備方法如下：1)將生物質在無氧或限氧條件下熱解生成生物炭，水洗、醇洗各三次，干燥后研磨過篩；2)將鐵鹽與亞鐵鹽在水溶液中攪拌均勻后加入生物炭，之后加入堿液；在加熱下，共沉淀物轉化為四氧化三鐵，生成磁性生物炭；水洗三次后，干燥研磨過篩；3)將磁性生物炭加入錳鹽溶液中攪拌均勻；之后加入高錳酸鉀溶液混合均勻并高溫加熱一段時間。本發明工藝簡單，成本低廉，可大規模工業生產。所制得的二氧化錳?磁性生物炭復合催化劑催化性能優異，可應用于多種污染物的降解去除，且容易回收利用，是一種高效的催化劑。

技術領域

本發明涉及環境催化材料制備技術領域，具體涉及一種二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑及其制備方法和用途。

背景技術

隨著工業的發展，排放到環境中的污染物種類急劇增加，其中一些有機污染物因其難降解的特點難以用常用的生物法去除。因此，近些年來，高級氧化技術應用于處理難降解有機污染物的研究大量開展。過硫酸鹽是一種經濟、高效的原位修復氧化劑。二氧化錳能夠活化過硫酸鹽產生單線態氧從而降解有機污染物，且因其在自然界中分布廣泛、生態毒性低、易制備、催化活性高等優點被認為是一種極具前景的過硫酸鹽催化材料。但是在使用過程中，二氧化錳存在難以回收利用，對有機污染物吸附能力弱因而無法高效利用單線態氧的問題。這些問題限制了二氧化錳的進一步應用。

生物炭是一種生物質在限氧或無氧條件下熱解生成的碳材料，它來源廣泛、環境友好、易大量制備，對有機污染物吸附能力強，且其表面含有豐富的含氧官能團能有效與金屬材料結合，因此生物炭被認為是一種經濟、有高吸附性的載體材料。另外，生物炭衍生的磁性生物炭不但可以保留生物炭的吸附性能，還具有磁性便于回收再利用。

發明內容

本發明針對當前二氧化錳不易回收，對污染物吸附能力弱等問題，得到一種工藝簡單、成本低、催化活性高的多層結構催化材料及其制備方法，即一種二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑及其制備方法。本發明制備得到的二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑，解決了二氧化錳不易回收的問題，通過吸附催化雙反應位點的構造，減短了單線態氧的遷移途徑，提高了材料對污染物的去除速率。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑的制備方法，其包括以下步驟：

1)將生物質在無氧或限氧條件下熱解生成生物炭，經過水洗和醇洗后，干燥研磨過篩，得到生物炭A；

2)將鐵鹽與亞鐵鹽加入去離子水混合均勻制得鐵鹽溶液，向所述鐵鹽溶液中加入所述生物炭A混合均勻后加入堿液，在加熱條件下制得磁性生物炭，經水洗后，干燥研磨過篩，得到磁性生物炭B；

3)將所述磁性生物炭B加入錳鹽溶液中混合均勻，之后加入高錳酸鉀溶液混合均勻，高溫加熱，即得二氧化錳-磁性生物炭復合催化劑。

作為優選，所述生物質為柚子皮，所述熱解的方式為在800℃的馬弗爐或管式爐中，將裝有生物質的坩堝加蓋限氧熱解2h。

作為優選，所述水洗和醇洗次數均為3次，其中水洗溶液為去離子水，醇洗溶液為無水乙醇。

作為優選，步驟2)中所述亞鐵鹽為七水合硫酸亞鐵，鐵鹽為氯化鐵。

作為優選，步驟2)中所述堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀或氨水。

作為優選，步驟2)中所述生物炭A質量濃度為2mg/mL，所述亞鐵鹽中亞鐵離子質量濃度為0.48mg/mL，所述鐵鹽中鐵離子質量濃度為0.96mg/mL。

作為優選，步驟2)中亞鐵鹽中亞鐵離子和鐵鹽中鐵離子的摩爾濃度比為1：2。

作為優選，步驟2)中所述加熱條件的反應溫度為60-80℃，反應時間20min。