[发明专利]一种采用氮掺杂碳材料活化过氧乙酸降解水中有机污染物的方法

说明书

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种采用氮掺杂碳材料活化过氧乙酸降解水中有机污染物的方法。本发明所述方法包括以下步骤：向待处理有机污染物水溶液中加入过氧乙酸溶液，调节pH至6.5～7.5，得到混合液；向所述混合液中加入氮掺杂碳材料，将所得反应液进行降解处理；本发明所述方法中，氮掺杂碳材料因在碳材料中掺杂了电负性较高的氮原子具备更强的吸附和催化性能，而且氮掺杂碳材料表面的吡啶氮、石墨氮和吡咯氮原子及晶型缺陷等作为活性位点与过氧乙酸结合，能够使过氧乙酸分解产生单线态氧、羟基自由基、有机碳自由基而对污染物进行快速氧化，实现氧化去除有机污染物。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种采用氮掺杂碳材料活化过氧乙酸降解水中有机污染物的方法。

背景技术

随着城市化和工业化进程的加快，大量的有毒有害人工合成有机物，如染料、酚类物质、抗生素及个人护理用品等，进入城市水循环过程中，一方面给天然水生态环境带来巨大的生态风险，另一方面也给工业废水和城市污水回用带来隐患。针对这些有机污染物的去除，高级氧化技术具有极大的优势。基于过氧乙酸活化的高级氧化方法是近几年研究关注的热点，具有良好的应用前景。

过氧乙酸被活化后产生羟基自由基(·OH)和有机碳自由基，能高效降解水中的有机污染物。过氧乙酸的活化方法尚处在初步研究阶段，目前仅有的活化过氧乙酸的方法包括紫外光活化、金属离子Fe²⁺、Co²⁺活化、碳纳米管活化等。然而，紫外光活化所需外界能量大，金属离子活化存在离子泄漏导致二次污染问题，碳纳米管活化存在效能低、不易分离等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种采用氮掺杂碳材料活化过氧乙酸降解水中有机污染物的方法，所述氮掺杂碳材料能够有效活化过氧乙酸，可有效降解污水中的有机污染物。

本发明提供了一种采用氮掺杂碳材料活化过氧乙酸降解水中有机污染物的方法，包括以下步骤：

向待处理有机污染物水溶液中加入过氧乙酸溶液，调节pH至6.5～7.5，得到混合液；向所述混合液中加入氮掺杂碳材料，将所得反应液进行降解处理。

优选的，所述过氧乙酸溶液的质量分数为5～40％。

优选的，所述氮掺杂碳材料包括碳化聚苯胺、氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管或氮掺杂生物炭；以元素质量计，所述氮掺杂碳材料中氮的掺杂量为0.01～10％。

优选的，所述碳化聚苯胺呈现纳米纤维团聚的片状结构，所述纳米纤维的长度为100～500nm；所述碳化聚苯胺的比表面积为580～1430m²/g，总孔容为0.40～0.96mL/g，平均孔径为0.493～0.528nm。

优选的，所述碳化聚苯胺的制备方法包括以下步骤：

将苯胺、盐酸水溶液和过硫酸铵水溶液混合，进行聚合反应，得到聚苯胺；

在保护气氛下，将所述聚苯胺进行碳化后冷却，得到碳化聚苯胺；所述碳化的温度为700～1000℃，升温至所述碳化温度的升温速率为1～5℃/min。

优选的，所述苯胺的纯度≥99.5％，所述盐酸水溶液的浓度为90～540mmol/L，所述过硫酸铵水溶液的浓度为60～540mmol/L；

所述苯胺和盐酸水溶液中盐酸的摩尔比为1:3～2:1，所述过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:3～3:1。

优选的，所述聚合反应的温度≤0℃；所述聚合反应的时间为1～12h。

优选的，所述反应液中过氧乙酸的浓度为10～1000mg/L；所述反应液中氮掺杂碳材料的浓度为0.01～100g/L。

优选的，所述降解处理的时间为5～180min。