[发明专利]一种磁性铜铁双金属生物质炭微球的制备方法及应用

说明书

一种磁性铜铁双金属生物质炭微球的制备方法及应用，涉及电化学高级氧化非均相催化剂研发技术领域。通过壳聚糖与Cu²⁺和Fe³⁺交联作用形成混合溶液，在80℃的条件下滴加到碱性溶液中，形成铜铁氧化物修饰的壳聚糖微球；然后在氮气条件下对其进行高温热解，得到铜铁双金属生物质炭微球。本发明所需材料价格低廉，环保，制备方式简单，且铜铁双金属生物质炭微球具有良好的催化性能，易于回收，克服了传统电‑Fenton应用pH范围窄，催化剂难回收等缺点，在废水处理方面具有良好实际意义和应用前景。

技术领域

本发明属于电化学高级氧化非均相催化剂研发技术领域，具体涉及磁性铜铁双金属生物质炭微球的制备方法及应用。

背景技术

电-芬顿氧化技术可通过产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH,E₀＝2.87Vvs.SHE)，高效地、无选择性地降解水体中的有机污染物。虽然电-芬顿体系对有机污染物去除效果较好，但是传统电-芬顿氧化技术存在反应pH范围窄(pH＝2～4)，Fe²⁺离子难以循环利用和铁泥污染等问题。现有研究报道，通过制备固相催化剂，构建非均相电-芬顿体系，可实现在较宽pH 范围内对水体中有机污染物的高效降解。近年来，单质铜(Cu⁰)、单质铁(Fe⁰)、铜铁氧化物(CuFe₂O₄)和铁碳合金(Fe₃C)等可被用作非均相电-芬顿催化剂，促进水体中污染物的降解。然而金属或金属氧化物在反应过程中容易发生团聚作用，削弱其催化活性，因此迫切需要寻找合适的载体，通过将金属或金属氧化物负载到特定载体上抑制其团聚作用的发生。

壳聚糖(Cs)是通过甲壳素脱乙酰基得到一种生物聚合物，具有产量丰富，价格低廉，可稳定金属离子等特点。现有研究表明对壳聚糖直接进行高温热解处理可制备氮掺杂生物质炭，如果提前将金属盐溶液和壳聚糖混合，再进行热解处理可制备金属生物质炭材料。生物质炭材料具有环境友性，且制备方法简单。

本发明通过将包含Cu²⁺和Fe³⁺的壳聚糖滴加到80℃的碱性溶液中制备铜铁氧化物壳聚糖微球；然后在氮气气氛下，对铜铁氧化物壳聚糖微球进行高温热解处理，得到磁性铜铁双金属生物质炭微球，目的是制备便于回收的固相催化剂，同时实现在较宽pH范围内高效降解水体中有机污染物。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种磁性铜铁双金属生物质炭微球的制备方法及应用，本发明所需材料价格低廉，制备方法简单，制备得到的铜铁双金属生物质炭微球可用于非均相电-芬顿体系降解水体中的有机污染物，同时该催化剂具有环境友好性、催化活性高、便于回收利用等优点，克服了传统电-芬顿应用pH范围窄、Fe²⁺难以回收利用和铁泥污染等问题。

本发明提供的磁性铜铁双金属生物质炭微球的制备方法包括以下步骤：

(1)称取壳聚糖(Cs)于超纯水中，随后加入乙酸溶液，使壳聚糖完全溶解，记为溶液 A；每2g壳聚糖对应80mL超纯水、1.6mL乙酸；

(2)配制含有0.4～1.0mol/L六水合三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和0.2～0.5mol/L氯化铜二水合物(CuCl₂·2H₂O)的混合溶液，并将该溶液记为溶液B，其中Fe³⁺与Cu²⁺的摩尔比为2:1，最优Fe³⁺与Cu²⁺的摩尔浓度分别为0.8mol/L和0.4mol/L；

(3)将溶液B加入到溶液A中，并持续搅拌60min，随后超声处理30min，排除气泡，得到溶液C；每2g壳聚糖对应10mL溶液B；