[发明专利]一种用于非均相芬顿反应的纳米碳材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于非均相芬顿反应的碳材料及其制备方法。所述碳材料的制备方法包括如下步骤：首先，将原料按照如下重量配比进行混合：溶于水的糖类18‑22份；水60‑75份；其次，将混合得到的溶液置于反应釜中，初步碳化，得到水热碳；最后，将水热反应得到的碳材料仿照商用活性炭的制备方法进行表面羧基化得到所述碳材料。本发明碳材料的制备方法简单、易行，原料易得，无毒，来源广泛；制得到的复合材料对模拟土壤及地下水污染物具有良好的芬顿催化效果，且不会产生二次污染。

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种用于非均相芬顿反应的纳米碳材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的进步，环境问题日益突出，其中难降解有机污染物是人们面临的重要问题。土壤及地下水中的难降解物质一般都包括抗生素，这些物质不但难以降解而且会给人类及动物带来巨大危害，作为抗生素污染的典型代表的四环素就是这样一种化合物。

用于处理土壤及地下水的方法有很多，如物理法、化学法、物理化学法、电化学法和生物法等。但降解程度都不是特别高，因此土壤及地下水的处理常常不够彻底。近些年兴起的高级氧化技术能克服这些问题，其中芬顿技术就是高级氧化技术的代表。简单来说，在芬顿反应中二价铁会催化过氧化氢产生羟基自由基(·OH)，·OH的氧化能力仅次于最强的氧化物氟，因此·OH可无选择性的氧化大部分难降解的有机物。

然而，经典芬顿(人工添加过氧化氢和二价铁)反应在完成酸化、芬顿反应、中和和沉淀四个步骤后会产生大量铁泥，造成二次污染，并且催化剂不可回收利用，这是经典芬顿在实际工程应用中的本质缺陷。为解决这些问题，以非均相催化剂为代表的新型催化剂被开发出来。非均相催化剂可分为两种类型，一种是含铁元素，一种则用其它催化剂代替。

近年来，碳材料被越来越多的应用于水处理中，由于其具有多孔性等特性，被认为是一种很好的吸附剂和催化剂载体。碳材料的种类很多，比如活性炭、碳纳米管等等。其中活性炭合成工艺简便，价格便宜。但商用活性炭颗粒较大，难以地下传输，用于土壤及地下水处理中效果不佳，因此，急需研发一种催化效率高、地下传输性好的纳米碳材料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于，提出一种用于非均相芬顿反应的纳米碳材料的制备方法，本发明所需材料容易获得，合成工艺简单，并且合成的负载型固体催化剂具有催化效果好、可循环使用、不需调节pH、地下传输性能好等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于非均相芬顿反应的纳米碳材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料按照如下重量配比进行混合：

溶于水的糖类 18-22份；

水 60-75份；

优选的比例为：

溶于水的糖类 20-22份；

水 68-72份；

(2)将步骤(1)得到的溶液置于高压反应釜中，在恒温高压的作用下半碳化，生成水热碳；

(3)将步骤(2)水热碳进一步活化，得到用于非均相芬顿反应的纳米碳材料。

进一步地，所述溶于水的糖类包括蔗糖、葡萄糖和果糖中的一种或多种。

进一步地，所述高压反应釜温度为180摄氏度-200摄氏度，反应时间为5h-6h。

进一步地，所述水热碳进一步活化包括以下步骤：将水热碳与溶于水的盐类混合，搅拌均匀，在室温下浸渍；浸渍后的料液放入管式炉中，在载气保护下恒温活化；取出样品，在盐酸中清洗去除杂质，再将产物用去离子水洗涤至洗涤液的pH值在7左右，放入干燥箱中烘干得到用于非均相芬顿反应的纳米碳材料。