[发明专利]一种高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂的制备方法和应用。该方法以花生壳生物炭为载体，将四硫化三铁纳米颗粒锚定在生物炭表面，提高四硫化三铁纳米颗粒的分散性，制备新型磁性纳米复合催化剂。该催化剂反应位点多，催化效果好，可高效活化过硫酸氢盐，在常温常压下氧化降解水体中的有机污染物。本发明公开的生物炭负载四硫化三铁复合材料制备工艺简单，pH适应范围广，易于回收，绿色环保，可用于有机废水和地下水中有机污染物的处理，具有潜在的产业化工程化应用前景。

技术领域

本发明涉及环境修复材料制备及应用领域，尤其涉及一种高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂的制备方法和应用。

背景技术

近年来，基于过氧单硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(SR-AOP)以其更强的氧化能力和更广的pH适用范围而被认为是传统羟基自由基高级氧化工艺(HR-AOPs)的替代方案，是一项很有前途的有机污染物高效降解技术。通常情况下，通过额外的能量输入(热量、紫外光、超声波等)或金属离子(Ag⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺)都可以有效的激活PMS，然而，这些方法仍存在一些弊端，如成本过高、有毒金属离子二次污染、金属盐的浪费、催化剂难以回收等，因此，开发成本低廉，易于回收利用的绿色高效催化剂是目前研究水环境修复的重点方向。

目前，储量丰富、环境友好的铁基催化剂(四氧化三铁、纳米零价铁、硫化亚铁等)已被报道能够作为催化剂活化PMS，产生SO₄^·-降解有机污染物。然而，随着铁基催化剂的广泛使用，一些问题也开始暴露出来。例如，部分铁基材料(FeS、FeS₂等)本身没有磁性，难以回收利用，而有些铁基材料(Fe₃S₄、Fe₃O₄等)又因为固有的强磁性而存在严重的颗粒团聚问题，影响其在环境介质中的流动性，并且，单纯的铁基材料在碱性水体中，催化效果都会受到很大的抑制。以上这些缺点都会大大限制铁基材料在实际环境修复工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂的制备方法和应用，以花生壳生物炭为载体，将四硫化三铁纳米颗粒锚定在生物炭表面，提高四硫化三铁纳米颗粒的分散性，从而克服其易团聚的缺陷，将其用于催化过硫酸氢盐降解有机污染物，同时利用生物炭的导电性，加速电子向PMS传输，提高有机污染物的降解效率。

为实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：一种高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、以花生壳为生物炭的前驱体，用去离子水将花生壳清洗后烘干，经过粉碎过筛后得到生物质粉末；将生物质粉末置于管式炉中，在氮气氛围下热解，待管式炉冷却至室温后，将生物炭磨成粉末，过200目筛后得到花生壳生物炭；

步骤2、将花生壳生物炭加入去离子水中，超声分散均匀，制备花生壳生物炭悬浮液；

步骤3、将金属铁盐溶于乙二醇溶液中，在机械搅拌下使其完全溶解，再缓慢加入至花生壳生物炭悬浮液中，超声振荡，通过构建金属氧桥将铁离子锚定在花生壳生物炭表面，再将硫代乙酰胺溶于乙二醇溶液后加入上述溶液，超声分散均匀；

步骤4、将得到的混合液转入反应釜内胆中，将反应釜放入鼓风干燥箱中，采用溶剂热法在花生壳生物炭表面原位生成四硫化三铁纳米颗粒；

步骤5、待反应釜冷却至室温，采用外磁场分离法收集内胆内黑色产物，分别用水和乙醇洗涤后，放入真空干燥箱中，干燥3h后，得到高分散四硫化三铁纳米颗粒复合催化剂。

进一步地，步骤2所述的生物炭悬浮液浓度为2.5-30mg/L。

进一步地，步骤3所述的金属铁盐为六水三氯化铁。