[发明专利]一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料及其制备方法与应用，涉及水污染控制技术的高级氧化技术领域，氮硫共掺杂有序介孔碳材料由商用有序介孔碳与硫脲混合，在保护气氛下煅烧后冷却得到，再和过一硫酸盐(PMS)加入含一定浓度污染物的水中反应，降解污染物。本发明对有序介孔碳进行氮、硫共掺杂处理，可以提高催化剂的催化活性，与过硫酸盐高级氧化有明显的协同作用，共同促进过氧化物的分解，并产生活性氧物种氧化降解污染物。

技术领域

本发明涉及水污染控制技术的高级氧化技术领域，尤其涉及一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

高级氧化技术(AOPs)是广泛关注的一种深度水处理工艺，具有氧化性能强、降解速率快、反应条件温和、污染物降解更彻底的特点。其中，活化过硫酸盐(Persulfate，PS)技术是近年来发展起来的一类处理难降解有机污染物的新型AOPs。过硫酸盐包括过一硫酸盐(peroxymonosulfate，PMS)和过二硫酸盐，两者都具有O-O结构，在达到一定能量时能够发生化学键断裂而产生高活性物种。但常温下PS自身的氧化能力有限不能显著氧化降解有机污染物，需经过辐射分解、紫外光解、高温热解以及过渡金属离子催化等作用，活化PS产生氧化能力更高的SO₄^·-，处理环境介质中的难降解有机物。以上过硫酸盐活化方式存在金属离子流失、成本高、能耗高等缺点。

近年来，作为无金属催化剂，如碳纳米管、石墨烯、有序介孔碳等新型纳米碳材料也被广泛研究。而对碳纳米材料进行氮、硫、磷、硼等杂原子掺杂是一种增强碳材料催化活性的有效手段。特别是当掺杂两种或者两种以上的杂原子时，研究发现杂原子之间会有明显的协同作用，共同促进过氧化物的分解，并产生活性氧物种。

有序介孔碳材料是一类孔径尺寸在2-50nm之间的3D多空碳材料，不仅具有表面化学惰性、大的比较面积和良好的化学稳定性，还具有相互贯通、均一且高度有序的介孔孔道体系，能赋予材料超高孔隙和分子筛分等优良性能，在燃料电池、催化、吸附和分离等领域显示出巨大的应用前景，也使其成为活化过硫酸盐的潜在选择。已有少量的报道研究了有序介孔碳材料(CMK-3)活化过硫酸盐的潜能，但由于其自身缺乏较多的活性位点，存在催化活性低的缺点，限制了其性能的发挥。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料及其制备方法与应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是找到一种低成本高效的活化过一硫酸盐用于污染物降解的材料和方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种氮硫共掺杂有序介孔碳材料，由商用有序介孔碳与硫脲制备得到。

一种所述的氮硫共掺杂有序介孔碳材料的制备方法，取一定量所述商用有序介孔碳，与所述硫脲混合，在保护气氛下煅烧后冷却，得到氮硫共掺杂有序介孔碳(NS-CMK-3)。

进一步地，所述保护气氛为氮气。

进一步地，所述煅烧为在管式炉中煅烧。

进一步地，所述管式炉中煅烧温度为350℃-800℃。

进一步地，所述管式炉中煅烧恒温时间为1小时。

进一步地，所述管式炉中煅烧升温速率5℃/min。

进一步地，所述冷却为冷却到室温。

一种所述的氮硫共掺杂有序介孔碳材料的应用，其特征在于，将所述氮硫共掺杂有序介孔碳材料和过一硫酸盐(PMS)加入含一定浓度污染物的水中反应。

进一步地，所述污染物为染料(OG)、抗生素磺胺噻唑(STZ)、双酚A(BPA)、药物扑热息痛(ACT)。

本发明技术效果如下：