一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用

本发明涉及有机废水处理，尤其是涉及一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、抗生素等有机合成药物为人类健康事业作出了重大贡献。然而，抗生素的不完全利用导致其残余通过各种渠道进入到自然水体中。该类有机污染物难以被自然降解，且具有高毒性和扩散性。该类有机废水的处理是当前研究的难题。

2、现阶段，高级氧化处理工艺(aop)是当前降解水体有机污染物的新兴技术。相比于物理化学沉淀、微生物疗法和膜分离技术，其通过激活过硫酸盐(pds，pms)的aop具有高效率、高环境抗性以及高选择性等优势。被催化剂激活过的硫酸盐产生具有高氧化能力的活性氧基团(ros)，可以将有机污染物降解为低毒性物质甚至完全矿化。

3、过渡金属掺杂的碳基催化剂因其高催化活性在废水处理中表现出了优秀前景。基于纳米颗粒(如纳米铁、铁碳化物、铁氧化物)的铁基催化剂已被证明拥有优异的催化活性，它们通过金属价态的变化激活pms。然而，纳米铁颗粒的存在会极大的增加铁离子的浸出量，尤其是在酸性环境中，其存在金属浸出高、成本过高等问题。

4、针对上述问题，提出一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用，通过设计纳米颗粒载体结构，实现氮掺杂纳米管对纳米铁颗粒的包覆，具有高稳定性的优点，且本工艺制备方法简便，成本低廉，易于大规模生成；将该催化剂用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物，解决催化剂投加量大、催化剂无法回收、催化剂金属损失等缺点，用于四环素类、酚类和染料类的高效降解。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将一定量的三聚氰胺、三聚氰酸、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶分别置于去离子水中，充分溶解后，得到三聚氰胺溶液、三聚氰酸溶液和2，4-二氨基-6-羟基嘧啶溶液；

4、s2、向三聚氰胺溶液中加入一定量的氯化铁溶液，然后与s1得到的三聚氰酸溶液、2，4-二氨基-6-羟基嘧啶溶液混合；

5、s3、待反应完成后，用去离子水进行离心、洗涤、干燥，得到固体物质；

6、s4、将s3所得固体物质研磨均匀，置于管式炉内进行高温煅烧，得到最终产物fe/fe3c@ncnt。

7、优选的，所述s1中，三聚氰胺、三聚氰酸、2，4-二氨基-6羟基嘧啶质量分别为1g～3g，1g～3.5g，1g～3g；溶解的温度为80～100℃，去离子水的用量为50～150ml。

8、优选的，所述s2中，氯化铁溶液的浓度为5g/l，用量为10～30ml。

9、优选的，所述s3中，采用转速为6000～7000r/min的离心机进行离心处理，洗涤3～5次，采用鼓风干燥箱进行干燥，干燥温度为60～80℃。

10、优选的，所述s4中，管式炉的煅烧条件为：在氮气氛围下，30℃恒温1h；然后升温至550℃恒温2h，升温速率5～10℃/min；接着升温至700～900℃恒温2h，升温速率5～10℃/min；最后降温至500℃结束，降温速率10～20℃/min。

11、本发明还提供了一种纳米管封装铁颗粒催化剂，由上述制备方法制备得到fe/fe3c@ncnt。

12、优选的，所述fe/fe3c@ncnt用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物；

13、污染物降解实验的具体步骤为：将fe/fe3c@ncnt催化剂于去离子水中超声一段时间，使得催化剂分散和墨化；然后将所得催化剂溶液置于水浴锅中，保持25℃恒温，加入污染物并搅拌10min，随后加入过一硫酸盐并开始计时；反应30min后，测试污染物的剩余浓度。

14、因此，本发明一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用，通过设计纳米颗粒载体结构，实现氮掺杂纳米管对纳米铁颗粒的包覆，具有高稳定性的优点，且本工艺制备方法简便，成本低廉，易于大规模生成；将该催化剂用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物，解决催化剂投加量大、催化剂无法回收、催化剂金属损失等缺点，用于四环素类、酚类和染料类的高效降解。

15、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述s1中，三聚氰胺、三聚氰酸、2，4-二氨基-6羟基嘧啶质量分别为1g～3g，1g～3.5g，1g～3g；溶解的温度为80～100℃，去离子水的用量为50～150ml。

3.根据权利要求2所述的一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述s2中，氯化铁溶液的浓度为5g/l，用量为10～30ml。

4.根据权利要求3所述的一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述s3中，采用转速为6000～7000r/min的离心机进行离心处理，洗涤3～5次，采用鼓风干燥箱进行干燥，干燥温度为60～80℃。

5.根据权利要求4所述的一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法，其特征在于：所述s4中，管式炉的煅烧条件为：在氮气氛围下，30℃恒温1h；然后升温至550℃恒温2h，升温速率5～10℃/min；接着升温至700～900℃恒温2h，升温速率5～10℃/min；最后降温至500℃结束，降温速率10～20℃/min。

6.一种纳米管封装铁颗粒催化剂，其特征在于：由上述权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到fe/fe3c@ncnt。

7.根据权利要求6所述的一种纳米管封装铁颗粒催化剂，其特征在于：所述fe/fe3c@ncnt用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物。

技术总结
本发明公开了一种纳米管封装铁颗粒催化剂的制备方法及其应用，属于有机废水处理技术领域。该方法通过三聚氰胺、三聚氰酸、2，4‑二氨基‑6羟基嘧啶和氯化铁在水相环境中自组装得到碳化前驱体，随后进行煅烧得到催化剂Fe/Fe<subgt;3</subgt;C@NCNT，并将制得的催化剂应用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物。本发明通过设计纳米颗粒载体结构，实现氮掺杂纳米管对纳米铁颗粒的包覆，具有高稳定性的优点。本工艺制备方法简便，成本低廉，易于大规模生成。将该催化剂用于活化过一硫酸盐降解有机废水中的污染物，解决催化剂投加量大、催化剂无法回收、催化剂金属损失等缺点，用于四环素类、酚类和染料类的高效降解。

技术研发人员：陶阳,肖体洋,侯三英,彭国文
受保护的技术使用者：南华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/26