[发明专利]一种丝瓜络遗态支撑的氮掺杂碳纳米管包覆铁纳米颗粒类芬顿催化剂的制备方法和应用

说明书

一种丝瓜络遗态支撑的氮掺杂碳纳米管包覆铁纳米颗粒类芬顿催化剂的制备方法和应用，它涉及一种类芬顿催化剂的制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有类Fenton催化剂面临的活性组分易团聚、离子浸出、中性条件下Fe³⁺/Fe²⁺转化慢、循环稳定性差的问题。方法：一、制备粒径为8mm～10mm的干燥的丝瓜络；二、碱化处理；三、将Fe³⁺沉淀到丝瓜络表面；四、掺杂氮源；五、热解；六、清洗、干燥。一种丝瓜络遗态支撑的氮掺杂碳纳米管包覆铁纳米颗粒类芬顿催化剂用于降解污水中盐酸四环素。本发明适用于降解抗生素。

技术领域

本发明涉及一种类芬顿催化剂的制备方法和应用。

背景技术

随着抗生素的广泛应用，水体中残留的药物不仅造成严重的环境问题，而且对人类健康也有潜在的影响。近年来，类Fenton氧化法通过产生强氧化性的·OH，可以深度降解矿化抗生素，该技术主要集中在异相类Fenton催化剂的设计与开发，尤其是铁基催化剂。然而，含铁物种的固相催化剂存在Fe离子浸出、稳定性差的问题。其中，以其他材料作为载体，如碳纳米管、石墨烯、活性炭、生物碳等碳材料因结构多样、导电性好而具有较高的兼容性。

碳纳米管具有sp²杂化碳构型、规则的管状微观结构、丰富的孔隙率等特点，引起了研究者们的青睐。而杂原子的掺杂可以调节原始sp²杂化碳的电子性质，重新分配邻近碳原子的电荷密度，修饰纯碳基体的本征电子结构，创建大量的活性位点。其中，N的原子半径与C相似，而且N原子中的孤对电子能与C原子晶格中的大π键发生共振作用，形成金属-氮-碳(M-N-C)的高效活性位点，表现出优异的催化性能，是目前常用的掺杂元素。合成N掺杂碳纳米管(NCNTs)的常用方法是以Fe、Co、Ni为催化剂，碳化含氮有机前驱体。其中，铁的成本低廉、无毒，既是类Fenton催化剂的常用材料，又可以催化碳纳米管的形成。但是这种方法制备的单一碳纳米管容易团聚，坍塌，影响催化活性。

发明内容

本发明的目的是要解决现有类Fenton催化剂面临的活性组分易团聚、离子浸出、中性条件下Fe³⁺/Fe²⁺转化慢、循环稳定性差的问题，而提供一种丝瓜络遗态支撑的氮掺杂碳纳米管包覆铁纳米颗粒类芬顿催化剂的制备方法和应用。

一种丝瓜络遗态支撑的氮掺杂碳纳米管包覆铁纳米颗粒类芬顿催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、将成熟的丝瓜络去籽后清洗，再烘干后剪碎，得到粒径为8mm～10mm的干燥的丝瓜络；

二、碱化处理：

①、将粒径为8mm～10mm的干燥的丝瓜络与KOH溶液混合，再搅拌，得到反应液Ⅰ；

②、将反应液Ⅰ转移到聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，然后进行碱化处理，再随炉冷却至室温，得到反应产物Ⅰ；

③、使用去离子水将反应产物Ⅰ清洗至中性，再放入烘箱中烘干，得到KOH处理后的丝瓜络；

三、将KOH处理后的丝瓜络浸入到FeCl₃·6H₂O溶液中，再在油浴加热下搅拌，再加入氨水溶液，继续在油浴加热下搅拌，Fe³⁺沉淀到丝瓜络表面，得到反应液Ⅱ；

四、将三聚氰胺加入到反应液Ⅱ中，再加热搅拌，直至液体蒸干，再放入烘箱中烘干，得到反应产物Ⅱ；

五、将反应产物Ⅱ放入瓷舟中，再在瓷舟上再加盖另外一个瓷舟，再放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，将管式炉升温至700℃～900℃，再在700℃～900℃和氮气气氛下热解1.5h～2.5h，得到反应产物Ⅲ；