[發明專利]一種絲瓜絡遺態支撐的氮摻雜碳納米管包覆鐵納米顆粒類芬頓催化劑的制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011106597.X
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112121843B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 姚忠平;張笑;李東琦;周揚;姜兆華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/38;C02F103/34
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種絲瓜絡遺態支撐的氮摻雜碳納米管包覆鐵納米顆粒類芬頓催化劑的制備方法和應用，它涉及一種類芬頓催化劑的制備方法和應用。本發明的目的是要解決現有類Fenton催化劑面臨的活性組分易團聚、離子浸出、中性條件下Fe³⁺/Fe²⁺轉化慢、循環穩定性差的問題。方法：一、制備粒徑為8mm～10mm的干燥的絲瓜絡；二、堿化處理；三、將Fe³⁺沉淀到絲瓜絡表面；四、摻雜氮源；五、熱解；六、清洗、干燥。一種絲瓜絡遺態支撐的氮摻雜碳納米管包覆鐵納米顆粒類芬頓催化劑用于降解污水中鹽酸四環素。本發明適用于降解抗生素。

技術領域

本發明涉及一種類芬頓催化劑的制備方法和應用。

背景技術

隨著抗生素的廣泛應用，水體中殘留的藥物不僅造成嚴重的環境問題，而且對人類健康也有潛在的影響。近年來，類Fenton氧化法通過產生強氧化性的·OH，可以深度降解礦化抗生素，該技術主要集中在異相類Fenton催化劑的設計與開發，尤其是鐵基催化劑。然而，含鐵物種的固相催化劑存在Fe離子浸出、穩定性差的問題。其中，以其他材料作為載體，如碳納米管、石墨烯、活性炭、生物碳等碳材料因結構多樣、導電性好而具有較高的兼容性。

碳納米管具有sp²雜化碳構型、規則的管狀微觀結構、豐富的孔隙率等特點，引起了研究者們的青睞。而雜原子的摻雜可以調節原始sp²雜化碳的電子性質，重新分配鄰近碳原子的電荷密度，修飾純碳基體的本征電子結構，創建大量的活性位點。其中，N的原子半徑與C相似，而且N原子中的孤對電子能與C原子晶格中的大π鍵發生共振作用，形成金屬-氮-碳(M-N-C)的高效活性位點，表現出優異的催化性能，是目前常用的摻雜元素。合成N摻雜碳納米管(NCNTs)的常用方法是以Fe、Co、Ni為催化劑，碳化含氮有機前驅體。其中，鐵的成本低廉、無毒，既是類Fenton催化劑的常用材料，又可以催化碳納米管的形成。但是這種方法制備的單一碳納米管容易團聚，坍塌，影響催化活性。

發明內容

本發明的目的是要解決現有類Fenton催化劑面臨的活性組分易團聚、離子浸出、中性條件下Fe³⁺/Fe²⁺轉化慢、循環穩定性差的問題，而提供一種絲瓜絡遺態支撐的氮摻雜碳納米管包覆鐵納米顆粒類芬頓催化劑的制備方法和應用。

一種絲瓜絡遺態支撐的氮摻雜碳納米管包覆鐵納米顆粒類芬頓催化劑的制備方法，是按以下步驟完成的：

一、將成熟的絲瓜絡去籽后清洗，再烘干后剪碎，得到粒徑為8mm～10mm的干燥的絲瓜絡；

二、堿化處理：

①、將粒徑為8mm～10mm的干燥的絲瓜絡與KOH溶液混合，再攪拌，得到反應液Ⅰ；

②、將反應液Ⅰ轉移到聚四氟乙烯為內襯的反應釜中，然后進行堿化處理，再隨爐冷卻至室溫，得到反應產物Ⅰ；

③、使用去離子水將反應產物Ⅰ清洗至中性，再放入烘箱中烘干，得到KOH處理后的絲瓜絡；

三、將KOH處理后的絲瓜絡浸入到FeCl₃·6H₂O溶液中，再在油浴加熱下攪拌，再加入氨水溶液，繼續在油浴加熱下攪拌，Fe³⁺沉淀到絲瓜絡表面，得到反應液Ⅱ；

四、將三聚氰胺加入到反應液Ⅱ中，再加熱攪拌，直至液體蒸干，再放入烘箱中烘干，得到反應產物Ⅱ；

五、將反應產物Ⅱ放入瓷舟中，再在瓷舟上再加蓋另外一個瓷舟，再放入管式爐中，向管式爐中通入氮氣，將管式爐升溫至700℃～900℃，再在700℃～900℃和氮氣氣氛下熱解1.5h～2.5h，得到反應產物Ⅲ；