[發明專利]一種內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑降解有機污染物的方法

在審

• 申請號: 202010364977.7
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111517444A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 黃放;牛承崗;梁松;魏勇紅;喻海彬;袁本琦
• 申請（專利權）人: 湖南金旅環保股份有限公司;湖南大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;B01J27/24;C02F101/30
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄧建輝

本發明公開了一種內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑降解有機污染物的方法，包括以下步驟：S1、內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑的制備：取硼酸、三聚氰胺和鐵鹽為原料采用一步熱解法合成即得；S2、有機污染物的降解：將步驟S1中合成得到的內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑與過一硫酸鹽混合加入廢水中形成耦合反應體系，通過催化氧化反應降解有機污染物。Fe₃C@BNCNT催化劑可高效活化過一硫酸鹽產生硫酸根自由基等自由基，從而有效降解廢水中有機污染物。本發明的方法對廢水中有機污染物的高效降解、適用于難降解有機污染物、適用于廣泛的pH值、環境友好且成本低廉。

技術領域

本發明涉及廢水處理技術領域，具體涉及一種內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑降解有機污染物的方法。

背景技術

近幾十年來，隨著工業化和城鎮化的加快，有機廢水的排放量急劇升高。其中，水體中的染料和抗生素等污染已成為全球關注的焦點，由于其對自然環境和人類健康的不利影響，對有機廢水尤其是印染廢水和制藥廢水中污染物的高效去除勢在必行。

迄今，高級氧化技術（advanced oxidation processes，AOPs）由于其有助于提高有機物的處理效率和突出的氧化能力以受到廣泛關注。芬頓法（Fenton）是一類常用的高級氧化技術之一，芬頓法從廣義上說是利用催化劑或光輻射、或電化學作用,通過H₂O₂產生羥基自由基（·OH）處理有機物的技術。其具有氧化能力強、占地面積小和環境友善等優點，但是，傳統的芬頓法也存在處理成本高、有效pH值范圍較窄效果不穩定、對難降解有機物的反應效果不佳等缺點。

催化劑是影響AOPs的重要因素之一，過渡金屬或過渡金屬氧化物由于其能耗低、效率高而成為研究熱點。然而，基于過渡金屬的催化劑的發展受以下劣勢限制：處理效果不穩定，金屬離子浸出造成二次污染，難以回收利用，成本偏高等。因此，亟需發展效果穩定、環境友好和成本低廉的催化體系和方法對有機污染物進行降解。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管（Fe₃C@BNCNT）催化劑降解有機污染物的方法，能夠實現對廢水中有機污染物的高效降解、適用于難降解有機污染物、適用于廣泛的pH值、環境友好且成本低廉。

根據本發明的實施方式的一種內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑降解有機污染物的方法，包括以下步驟：

S1、內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑的制備：取硼酸、三聚氰胺和鐵鹽為原料采用一步熱解法合成即得；

S2、有機污染物的降解：將步驟S1中合成得到的內嵌碳化鐵的硼氮共摻雜碳納米管催化劑與過一硫酸鹽混合加入廢水中形成反應體系，通過催化氧化反應降解有機污染物。

在本發明中，利用體系中產生的硫酸根自由基（SO₄^?-）等自由基以及非自由基途徑降解廢水中有機污染物。在基于硫酸根自由基（SO₄^?-）的高級氧化技術中，可以通過紫外線、熱、過渡金屬、金屬氧化物和催化劑活化過一硫酸鹽生成硫酸根自由基（SO₄^?-），以達到氧化去除有機污染物的效果。與傳統芬頓反應產生的羥基自由基（?OH）相比，硫酸根自由基（SO₄^?-）具有以下顯著優勢：更高的氧化還原電勢（2.5-3.1 V）；可以在更大pH范圍內與污染物進行反應，擁有更長的半衰期（30-40 μm）和可以避免鐵泥污染。

根據本發明的一些實施方式，上述步驟S1具體包括以下步驟：

S01、取硼酸、三聚氰胺和鐵鹽混合后溶解于乙醇中，形成混合溶液；

S02、將步驟S01中制得的混合溶液進行干燥，得到混合固體；