一种酵母生物质制备磷化铁/碳复合材料的方法

1.本发明属于碳材料领域，具体涉及一种酵母生物质制备磷化铁/碳复合材料的方法。


背景技术：

2.高级氧化技术（aops）因其产生一些高活性的氧化自由基而被研究应用于有机污染物的降解处理。一般而言，获得活性氧自由基组分需要额外添加氧化剂，如臭氧，双氧水，过硫酸盐等。其原料的昂贵成本或难以储存运输限制了其广泛应用。近年来，利用低价态铁离子（二价铁）自身的电子转移能力活化水溶液中的氧而产生活性氧组分处理地下水有机污染物受到研究人员的广泛关注，但是铁离子存在难以回收和活性较低等缺点，因此，开发更低价态的活性铁固体催化剂用于催化氧气产生活性氧具有重要的现实意义。
3.过渡金属磷化物是磷原子与过渡金属以共价键或金属键连接的一类重要化合物，其不仅有金属的高强度和高硬度特性，还具有良好的电导性和稳定性。目前，过渡金属磷化物被广泛研究用于石油行业催化加氢，电化学的的析氢析氧等领域。其中磷化铁因其铁资源丰富，铁的价态较低而易发生电子转移而备受关注。传统的磷化物合成需要以红磷，三辛基磷等有毒试剂作为磷源或需要氢气还原等复杂工艺难以推广应用，考虑到生物质中不仅含有丰富的碳元素而且在细胞膜中的磷脂双分子层，核糖核酸中还含有磷元素。因此可利用生物质同时作为磷源和碳源合成过渡金属磷化物/碳复合材料。本发明利用酵母生物质负载羟基氧化铁后高温缺氧热解制备磷化铁/碳材料，用于催化水溶液中的氧气产生活性自由基去除磺胺甲恶唑。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种酵母生物质制备磷化铁/碳复合材料的方法，采用本发明技术所制备的磷化铁/碳复合材料，可用于催化水溶液中的氧气产生活性氧降解环境中有机污染物，解决传统化学法制备过渡金属磷化物所遇到的高毒性，同时不额外添加氧化剂实现对水体有机污染物的降解去除。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
6.一种酵母生物质制备磷化铁/碳复合材料的方法，具体操作如下：（1）将一定质量面包酵母均匀分散在100-500 ml乙醇中，磁力搅拌下加入按一定比例加入六水合三氯化铁，混合均匀后加入碳酸氢铵并连续搅拌6-12 h，得到酵母/羟基氧化铁悬浮液；（2）将步骤（1）所得的悬浮液离心洗涤，然后放入冷冻干燥机中干燥，得到酵母与羟基氧化铁的复合物；（3）将步骤（2）所得的复合物转移至刚玉坩埚中，并置于管式炉中，在惰性气氛下进行煅烧，煅烧温度为700-1000 o
c，煅烧时间为2-6 h，升温速率为5
o
c/min，煅烧程序结束后得到黑色粉末；
（4）将步骤（3）所得的黑色粉末用去离子水洗涤，在真空干燥箱中60 o
c干燥得到磷化铁/碳材料；（5）配制20 mg/l的磺胺甲恶唑，将步骤（5）所得磷化铁/碳材料作为催化剂，按一定比例加入含磺胺甲恶唑的溶液然后放在恒温摇床中催化降解。
7.产品经x射线晶体衍射分析（xrd）显示为fe3p和fe2p。
8.可选地，在步骤（1）中，所使用的过渡金属为铁。
9.可选地，在步骤（1）中，所使用的沉淀剂为碳酸氢铵。
10.可选地，在步骤（4）中，复合物煅烧所用的保护气氛为氮气或氩气。
11.可选地，在步骤（5）中，有机污染物选择的是磺胺甲恶唑溶液。
12.本发明的创新之处和有益效果是：（1）本发明首次以面包酵母生物质为磷源和碳源，通过共沉淀和高温煅烧来制备一种高催化活性的磷化铁/碳材料，用于催化水溶液中的氧气降解水体有机污染物，实现了对生物质中的磷的高值利用，同时提供了一种过渡金属磷化物的制备方法，并且可实现高效降解去除水体中磺胺甲恶唑。
13.（2）本发明制备的磷化铁/碳材料不需额外添加氧化剂，可直接催化水溶液中的氧气产生活性氧以降解有机物。
14.附图说明：图1是本发明实施实例1-3制备的磷化铁/碳材料的x射线晶体衍射分析图；图2为本发明实施实例1-3中所得不同材料降解磺胺甲恶唑的示意图；图3为本发明实施实例3中产生的活性氧检测信号图。
15.具体实施方式：为了更好的理解本发明，下面结合实施实例和附图对本发明作进一步地详细说明。但需要特别说明的是，实施实例仅用于对本发明进行进一步说明，本发明要求保护的范围并不局限于此。
16.实施实例1：将50 g面包酵母细胞均匀分散在500 ml乙醇中，磁力搅拌下分别加入2.41 g六水合氯化铁，然后加入一定量的碳酸氢铵连续搅拌6-12 h，将所得的复合物离心洗涤后在冷冻干燥机中干燥。将干燥的复合物转移至刚玉坩埚，并置于管式炉中，在保护气氛下进行煅烧，煅烧温度为900 o
c，煅烧时间为2-6 h，升温速率为5 o
c/min，冷却至室温后取出。将所得材料用去离子水洗涤在真空干燥箱中60 o
c烘干，得到磷化铁/碳材料，命名为1%-fe。
17.实施实例2：将50 g面包酵母细胞均匀分散在500 ml乙醇中，磁力搅拌下分别加入7.24 g六水合氯化铁，然后加入一定量的碳酸氢铵连续搅拌6-12 h，将所得的复合物离心洗涤后在冷冻干燥机中干燥。将干燥的复合物转移至刚玉坩埚，并置于管式炉中，在保护气氛下进行煅烧，煅烧温度为900 o
c，煅烧时间为2-6 h，升温速率为5 o
c/min，冷却至室温后取出。将所得材料用去离子水洗涤在真空干燥箱中60 o
c烘干，得到磷化铁/碳材料，命名为3%-fe。
18.实施实例3：将50 g面包酵母细胞均匀分散在500 ml乙醇中，磁力搅拌下分别加入12.07 g六水合氯化铁，然后加入一定量的碳酸氢铵连续搅拌6-12 h，将所得的复合物离心洗涤后在冷冻
干燥机中干燥。将干燥的复合物转移至刚玉坩埚，并置于管式炉中，在保护气氛下进行煅烧，煅烧温度为900 o
c，煅烧时间为2-6 h，升温速率为5 o
c/min，冷却至室温后取出。将所得材料用去离子水洗涤在真空干燥箱中60 o
c烘干，得到磷化铁/碳材料，命名为5%-fe。
19.为考察本发明所提出的磷化铁/碳材料对磺胺甲恶唑的催化降解性能，配制20 mg/l的磺胺甲恶唑溶液，在30℃、摇床转速为180 rpm的条件下，将40 mg1%-fe，3%-fe， 5%-fe样品加入100 ml磺胺甲恶唑溶液中，定时取样用高效液相色谱检测残余的磺胺甲恶唑溶液浓度。根据分析结果，30 min内1%-fe，3%-fe，5%-fe样品对磺胺甲恶唑的降解去除率分别达到89.2 %,，97.9%和99.0%。该实验对比结果如图2所示。通过电子顺磁共振波谱仪捕捉到该体系上产生的活性氧组分信号如图3所示。