[發(fā)明專利]一種磁性氮摻雜生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211116848.1
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115608395A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓彪;黃宇釗;金曉丹;張寒冰;何俊賀;盧燕南;梁大成;林華;慕江容;葛麗妮;陸彩妹
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/28;C02F1/48;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南寧啟創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 余小寧

本發(fā)明公開一種磁性氮摻雜生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于化學(xué)材料以及有機(jī)污染物處理技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料是對生物炭進(jìn)行氮摻雜，以及負(fù)載磁性四氧化三鐵后得到的。該復(fù)合材料的具體制備方法如下：(1)氮摻雜生物炭的制備：取杉木屑和雙氰胺進(jìn)行研磨，經(jīng)過煅燒后得到氮摻雜生物炭；(2)磁性氮摻雜生物炭的制備：取FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O進(jìn)行溶解，加入氮摻雜生物炭，經(jīng)攪拌后加入NH₃·H₂O，再次攪拌得到磁性氮摻雜生物炭復(fù)合材料。經(jīng)過該復(fù)合材料活化過的過一硫酸鹽對左氧氟沙星具有很好的去除效果，對雙酚A、羅丹明B和四環(huán)素也有很好的去除效果，同時(shí)，該復(fù)合材料具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性，對于處理抗生素廢水具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)材料以及有機(jī)污染物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁性氮摻雜生物炭復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

抗生素作為一類新興污染物(Emerging contaminants,ECs)會(huì)在水體中積累，并且由于其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，會(huì)在生物體內(nèi)積累，經(jīng)由食物鏈向人體擴(kuò)散，對生態(tài)和人類的日常生活構(gòu)成威脅。左氧氟沙星(Levofloxacin,LEV)是一種廣譜抗菌藥物，屬于第三代氟喹諾酮類抗生素，被廣泛應(yīng)用于人類醫(yī)學(xué)和動(dòng)物醫(yī)學(xué)中。然而，LEV在動(dòng)物及人體中不能被充分吸收，而常規(guī)的生化方法對廢水中的抗生素去除效果有限，所以一些成分進(jìn)入環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生污染。對人類造成潛在危害。

近年來，基于硫酸根自由基的高級氧化技術(shù)(Sulfate radical based-Advancedoxidation processes，SR-AOPs)已被證明是一種對多種難溶性有機(jī)物(如藍(lán)藻毒素，藥物及其代謝產(chǎn)物)的高效去除技術(shù)。SR-AOPs的基本原理是通過加熱、超聲、紫外輻照、過渡金屬氧化物以及碳材料的催化作用破壞過二硫酸鹽(Peroxydisulfate,PDS)或過一硫酸鹽(Peroxymonosulfate,PMS)的O-O鍵產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的SO₄^–·，進(jìn)一步與有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)將其礦化為二氧化碳和水。相比于·OH，SR-AOPs產(chǎn)生的SO₄^–·不僅具有更高的氧化還原電位，而且擁有更長的壽命，進(jìn)而對難降解有機(jī)物有更高的去除效率。而PMS的O-O鍵比PDS長，PMS的能級差異比PDS大。同時(shí)，由于PMS的不對稱的分子結(jié)構(gòu)，比具有對稱結(jié)構(gòu)的PDS更容易被激活產(chǎn)生瞬態(tài)自由基。言而總之，PMS的穩(wěn)定性不如PDS，所以更容易活化，具有較強(qiáng)的降解能力和響應(yīng)速度。

生物炭由于具有較高的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，已被用于吸附去除廢水中的有機(jī)污染物。純生物炭本身具有優(yōu)良的催化能力，其豐富的持久性自由基和含氧官能團(tuán)(能有效激活過硫酸鹽)和H₂O₂生成自由基，生物炭上的缺陷結(jié)構(gòu)可以催化過一硫酸鹽(PMS)生成活性物質(zhì)。因生物炭來源廣，原料豐富，成本低，將其作為催化劑可以有效降低應(yīng)用成本，但活性位點(diǎn)少導(dǎo)致其活化性能較差，這也是生物炭未能工業(yè)化應(yīng)用的重要原因。

為滿足當(dāng)前對安全有效水處理技術(shù)的需求，需要開發(fā)高性能AOPs工藝碳基催化劑去除水中難降解污染物。專利公開號CN110743588A公開了一種氮摻雜生物炭催化材料，以木屑等生物炭原料，以雙氰胺作為氮源，采用簡單的一步煅燒法制成氮摻雜生物炭催化材料。該材料通過活化過硫酸鹽對難降解的雙酚A、苯酚對乙酰胺基酚等有機(jī)污染物進(jìn)行有效降解，但僅對生物炭進(jìn)行氮摻雜作為催化劑材料，存在活性點(diǎn)數(shù)較少，活化效果不佳，疏水易團(tuán)聚以及難以回收利用等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明提供一種磁性氮摻雜生物炭復(fù)合材料，經(jīng)過該復(fù)合材料活化過的過一硫酸鹽對左氧氟沙星等有機(jī)污染物具有很好的降解效果，同時(shí)該復(fù)合材料具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：