[发明专利]一种硼掺杂非金属催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硼掺杂非金属催化剂及其制备方法与应用，包括以下步骤：将碳材料加入到酸溶液中加热浸泡，过滤后用超纯水洗涤，干燥；之后分散到可挥发性溶剂中，再加入含硼前驱体，油浴加热，反应结束后用超纯水洗涤，干燥；之后在非氧化气氛下焙烧得到硼掺杂非金属催化剂。本发明通过低毒性的硼掺杂非金属催化剂代替高毒性重金属催化剂，具有绿色友好的特点，该催化剂对有机污染物有着良好的降解去除效果，显示出该催化剂极高的催化活性和广阔的应用范围。

技术领域

本发明涉及催化剂材料技术领域，具体涉及一种硼掺杂非金属催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近几十年来，随着工业的高速发展和人民生活水平的提高，许多新的化学品不断进入环境，这些污染物具有浓度低、毒性大、生物难降解等特点，通过常规处理技术难以去除，对生态环境可能造成严重影响。基于硫酸根自由基的高级氧化技术是一种利用过硫酸盐活化后产生强氧化性硫酸根自由基（SO₄^●−）降解有机污染物的水处理技术，具有环境友好、设备简单和反应快速等优点，在水处理、土壤修复、污泥处置和垃圾渗滤液处理方面具有巨大的应用潜力。在所有过硫酸盐活化方法之中，过渡金属活化由于具有设备简单、操作便利、成本经济等优势受到青睐。然而，采用贵金属活化成本较高，用于大规模处理废水并不现实，而重金属催化剂在使用时溶出的金属离子容易造成二次污染。以钴为例，过量的钴会导致哮喘、肺炎和心肌梗塞，并且可能致癌。除了重金属污染，金属溶出还可能导致催化效果严重丧失，重复利用性能下降，同时产生大量污泥。因此，探索环境友好、效果优异的绿色活化过硫酸盐技术具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明针对上述技术问题，旨在提供一种硼掺杂非金属催化剂的制备方法，由该方法制备的硼掺杂非金属催化剂在pH = 3-11范围内活性高，对有机污染物的降解效率高，应用范围广泛且使用步骤简单；同时该制备方法操作过程简单易行，工艺成本低，适用范围广，能够实现工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种硼掺杂非金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：将碳材料加入到酸溶液中在温度为25-200℃下加热浸泡0.5-24h，进一步优选温度为100℃，加热时间为4h，所述碳材料与所述酸溶液的重量比为1:1-1:500，进一步优选为1:100，过滤后用超纯水洗涤，干燥得到中间体1；将所述中间体1分散到可挥发性溶剂中，再加入含硼前驱体，油浴加热，反应结束后用超纯水洗涤，干燥得到中间体2；将所述中间体2在非氧化气氛下于温度为300-900℃下焙烧0.5-6h，得到硼掺杂非金属催化剂，进一步优选温度为800℃，焙烧时间为1h，。

进一步地，所述碳材料主要成分为石墨烯和碳纳米管，所述石墨烯为高纯石墨烯、氧化石墨烯或者还原性氧化石墨烯，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管，进一步优选为多壁碳纳米管。

进一步地，所述多壁碳纳米管的直径为2-50 nm，优选为8-20 nm。

进一步地，所述可挥发性溶剂为甲醇、乙醇、水、乙腈、异丙醇或者环己烷，优选乙醇。

进一步地，所述含硼前驱体为含有任意硼原子个数的硼酸、硼酸盐或者硼取代有机物，优选为硼酸和1,4苯二硼酸。

进一步地，所述非氧化气氛为氮气、氢气、氦气或者氩气等非氧化性气体，优选为氮气。

进一步地，所述酸溶液为硝酸、硫酸、盐酸或者磷酸，优选为硝酸。

本发明还提供一种由上述任一技术方案所述制备方法制备得到的硼掺杂非金属催化剂。

本发明同时提供了一种利用上述硼掺杂非金属催化剂催化降解废水中有机污染物的应用方法。