CN111111741A - 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111111741A CN111111741A CN202010063221.9A CN202010063221A CN111111741A CN 111111741 A CN111111741 A CN 111111741A CN 202010063221 A CN202010063221 A CN 202010063221A CN 111111741 A CN111111741 A CN 111111741A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- porous boron
- nano material
- iron
- porous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 146
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 84
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 6
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 21
- 239000004100 Oxytetracycline Substances 0.000 claims description 13
- 229960000625 oxytetracycline Drugs 0.000 claims description 13
- IWVCMVBTMGNXQD-PXOLEDIWSA-N oxytetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3[C@H](O)[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O IWVCMVBTMGNXQD-PXOLEDIWSA-N 0.000 claims description 13
- 235000019366 oxytetracycline Nutrition 0.000 claims description 13
- IWVCMVBTMGNXQD-UHFFFAOYSA-N terramycin dehydrate Natural products C1=CC=C2C(O)(C)C3C(O)C4C(N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)C4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O IWVCMVBTMGNXQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L peroxysulfate(2-) Chemical class [O-]OS([O-])(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229960004368 oxytetracycline hydrochloride Drugs 0.000 abstract description 29
- MWKJTNBSKNUMFN-UHFFFAOYSA-N trifluoromethyltrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)F MWKJTNBSKNUMFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 29
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 22
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 abstract 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- -1 hydroxyl radicals Chemical class 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012425 OXONE® Substances 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 2
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 208000010824 fish disease Diseases 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- HJKYXKSLRZKNSI-UHFFFAOYSA-I pentapotassium;hydrogen sulfate;oxido sulfate;sulfuric acid Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[K+].OS([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.OS(=O)(=O)O[O-].OS(=O)(=O)O[O-] HJKYXKSLRZKNSI-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- OKBMCNHOEMXPTM-UHFFFAOYSA-M potassium peroxymonosulfate Chemical compound [K+].OOS([O-])(=O)=O OKBMCNHOEMXPTM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B01J35/61—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Removal Of Specific Substances (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用，所述多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法包括以下步骤：以三聚氰胺和硼酸为原料制得多孔氮化硼，再通过与Fe(NO3)3·9H2O的反应过程，制备得到一种含有高催化能力的铁基且具有比表面积大和多孔隙的特点的新型多孔氮化硼负载铁纳米材料。所述多孔氮化硼负载铁纳米材料对过硫酸钠具有高效的催化活性，能催化生成大量的SO4‑自由基去除盐酸土霉素，因此应用于含有土霉素的废水处理中具有催化活性高、可回收避免二次污染、适应更广泛的pH、耗能低和效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环保材料领域，具体涉及一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用。
背景技术
多孔氮化硼是一种新型的多孔纳米材料，其具有高比表面积和丰富的孔道结构，且孔径尺寸还可以人工调整。相对于普通块状的氮化硼，多孔氮化硼具有较高的比表面积，因此在吸附剂、催化剂载体和储氢材料等领域上被广泛应用。此外，多孔氮化硼还具有良好的高温稳定性和优秀的催化和选择性吸附性能，其在较高的温度下，化学性能及热性能变化不大。新型多孔氮化硼材料的研发仍是研究的热点。
近年以来，水产养殖业发展非常迅速，在养殖过程中，为防止鱼类疾病和促进鱼类生长，盐酸土霉素作抗生素药物在养殖业中被广泛使用。但是由于盐酸土霉素很难被生物体完全吸收，投放药物后的养殖环境中仍会有大量的土霉素剩余，同时进入到被养殖生物体内的土霉素部分代谢产物及大量残留的盐酸土霉素也会随排泄物进入环境中，造成环境中的抗生素污染并威胁着人类的健康。
现阶段，我国对土霉素生产废水处理工艺仍然停留在混凝沉淀、气浮等普通物化沉淀上，此类方法工艺操作复杂、加药量巨大，同时会产生大量的污泥，从而造成不必要的二次污染。高级氧化法去除废水中目标抗生素的反应原理是利用含有强氧化性功能的物质(羟基自由基或者硫酸根自由基)与废水中的抗生素发生反应，进而降解去除目标污染物。如芬顿氧化法、光催化氧化法和电化学氧化法等都属于高级氧化法。目前，催化过一硫酸盐的高效催化剂仍处在研究阶段，现有催化剂催化效果非常有限，因此，开发一种新型高效的材料来催化过硫酸钠氧化水体中的盐酸土霉素是十分必要的。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多孔氮化硼负载铁纳米材料，是一种新型的多孔氮化硼纳米材料，在高效氧化反应中具有极高的催化效率。
本发明还提出上述多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法。
本发明还提出上述多孔氮化硼负载铁纳米材料在制备废水净化产品中的应用。
本发明还提出上述多孔氮化硼负载铁纳米材料在含土霉素废水处理方法中的应用。
根据本发明的第一方面实施例的多孔氮化硼负载铁纳米材料，所述纳米材料为多为内部负载有铁盐的多孔氮化硼。
根据本发明的第一方面实施例的多孔氮化硼负载铁纳米材料，至少具有如下有益效果：本发明的多孔氮化硼负载铁纳米材料具有比表面积大和多孔隙的特点，应用于高效氧化反应中有良好的催化效率，由于其具有磁性效应，进行反应后能够保证材料与处理的水溶液有效的进行分离。
根据本发明的一些实施例，所述铁盐为Fe(NO3)3·9H2O。
根据本发明的第二方面实施例的多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将多孔氮化硼与三价铁盐在水溶液中混合，80℃～90℃温度下搅拌3h～5h后烘干研磨；
S2、将步骤S1物料所得在600℃～800℃温度下煅烧1.5h～3h，加入盐酸搅拌均匀，洗涤烘干后即得。
根据本发明的第二方面实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：所述多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法工艺简单，制备用料廉价易得，能够高效制备多孔氮化硼负载铁纳米材料。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中所述三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中所述多孔氮化硼的制备过程包括以下步骤：
S01、将三聚氰胺和硼酸加入水中，加热至90℃～100℃搅拌至溶解完全，冷却后进行过滤、烘干和研磨；
S02、将步骤S01所得物料在1400℃～1600℃温度下NH3气氛中煅烧3h～5h，自然冷却后得到多孔氮化硼。
多孔氮化硼是一种新型的多孔纳米材料，其具有高比表面积和丰富的孔道结构，且孔径尺寸还可以人工调整，同时，多孔氮化硼还具有良好的高温稳定性和优秀的催化和选择性吸附性能，其在较高的温度下，化学性能及热性能变化不大；由于铁是地壳中含量第二高的金属元素，铁负载纳米材料在非均相催化剂中应用非常频繁，它很容易通过外部能量影响与反应介质发生分离；本发明通过优化制备了负载铁的多孔氮化硼纳米材料(Fe-PNB)，保留了多孔氮化硼良好的高比表面积、多孔等优势，加入了高催化能力的铁基，使得在污染物处理中保持高效的去除收益。
根据本发明的第三方面实施例的多孔氮化硼负载铁纳米材料在制备废水净化产品中的应用，提供了一种废水净化材料，所述废水净化材料包含上述多孔氮化硼负载铁纳米材料。
根据本发明的一些实施例，所述废水净化材料还包含过一硫酸盐；优选地，所述过硫酸盐包括过硫酸钠和过一硫酸钾中的至少一种；优选的，所述过一硫酸盐为过硫酸钠。
根据本发明的一些实施例，所述多孔氮化硼负载铁纳米材料和过一硫酸盐的质量比为1：(1～2)。
根据本发明的第四方面实施例的多孔氮化硼负载铁纳米材料在含土霉素的废水处理中的应用，提供了一种含土霉素废水处理的方法，包括以下步骤：将所述多孔氮化硼负载铁纳米材料投入待处理废水中进行氧化反应。
根据本发明的第四方面实施例的应用，至少具有如下有益效果：本发明的含土霉素废水处理的方法中，使用多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠，多孔氮化硼负载铁纳米材料对过硫酸钠具有高效的催化活性，能催化生成大量的SO4-自由基去除盐酸土霉素，这种磁性的材料可以有效地被控制与处理污染水溶液的分离，这避免了二次污染的产生；该反应能够适用于更广泛的pH，并具有耗能低和效率高等优点。
根据本发明的一些实施例，所述氧化反应中的多孔氮化硼负载铁纳米材料的质量浓度为50mg/L～250mg/L；优选地，所述多孔氮化硼负载铁纳米材料的质量浓度为80mg/L～150mg/L；进一步优选地，所述多孔氮化硼负载铁纳米材料的质量浓度为100mg/L。
根据本发明的一些实施例，所述氧化反应中还的过一硫酸盐的质量浓度为40mg/L～300mg/L；优选地，所述过一硫酸盐的质量浓度为100mg/L～200mg/L；进一步优选地，所述过一硫酸盐的质量浓度为150mg/L。运用硫酸根自由基(SO4-·)的高级氧化技术与羟基自由基(·OH)比较发现，SO4-·存在以下优势：具有较低的氧化还原电势(2.60V)，对环境没有腐蚀的威胁，而且SO4-·的使用寿命比·OH更加长久；因此，运用SO4-·的高级氧化技术比之以往的芬顿或类芬顿工艺更加的节能和高效。
根据本发明的一些实施例，所述过一硫酸盐包括过硫酸钠和过一硫酸钾中的至少一种；优选的，所述过一硫酸盐为过硫酸钠。
根据本发明的一些实施例，所述氧化反应的pH值为2～11；优选地，所述pH值为3～6；进一步优选地，所述pH值为5。
根据本发明的一些实施例，所述氧化反应的温度为20℃～50℃；优选地，所述温度为30℃～50℃。
根据本发明的一些实施例，所述氧化反应的时间不低于3～6分钟；优选地，所述氧化处理的时间不低于5分钟。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1中多孔氮化硼负载铁纳米材料的TEM图；
图2为本发明实施例1中多孔氮化硼负载铁纳米材料的XRD图；
图3为本发明实施例2中多种高级氧化工艺对盐酸土霉素的氧化效率对照图；
图4为本发明实施例3中多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠对不同浓度盐酸土霉素的氧化效率对照图；
图5为本发明实施例4中多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠在不同温度下对盐酸土霉素的氧化效率对照图；
图6为本发明实施例5中多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠在不同pH下对盐酸土霉素的氧化效率对照图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
实施例1：一种多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：
称取5.5074g三聚氰胺和5.3762g硼酸加入500mL超纯水，加热至95℃搅拌溶解。待冷却后烘干，完后研磨得到粉状物，将前面所得粉状物倒入石英盅，铺满后放入管式炉，在NH3气体中以5℃/min升温至1500℃煅烧4h，然后自然冷却得到多孔氮化硼(Porous boronnitride，PBN)。称取3.5841g Fe(NO3)3·9H2O和10.9312g PBN加入到500mL的烧杯中，加入200mL超纯水85℃下搅拌4h，将前面所得烘干研磨后放入马弗炉700℃煅烧2h，加入200mL浓HCl磁力搅拌4h，然后用砂芯漏斗抽滤(用乙醇和超纯水冲洗三次)，将所得研磨得最终产物Fe-PNB(多孔氮化硼负载铁纳米材料)。对制备得到的多孔氮化硼负载铁纳米材料进行表征分析，结果如下：
图1为多孔氮化硼负载铁纳米材料的TEM图。如图1所示，本实施例制备的多孔氮化硼负载铁纳米材料具有多孔棒状的结构，内部由相互贯通或封闭的孔洞构成，具有很大的比表面积和较多的催化活性位点。
图2为多孔氮化硼负载铁纳米材料的XRD图。如图2所示，在26.8°附近的特征峰体现了Fe(NO3)3·9H2O和PBN的完美结合，这表明本次新制备多孔氮化硼负载铁纳米材料是成功的。
实施例2：多种高级氧化工艺对盐酸土霉素的氧化效率对照实验，具体过程及结果如下：
为了发现多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠组合的优势点，针对盐酸土霉素我们增加了光催化(TiO2和H2O2)和电催化(电极+电源)的对照实验。配置0.04mmol/L的盐酸土霉素溶液进行TiO2/H2O2(20mg/L、4mmol/L)、铁电极/电源、Fe-PNB/PMS(100、150mg/L)实验，结果如图3所示，反应5min后，TiO2和H2O2对盐酸土霉素的氧化效率为45.2％；电极+电源对盐酸土霉素的氧化效率为6.4％；多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠对盐酸土霉素的氧化效率为92.6％。与常规的芬顿或类芬顿工艺相比，多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠的氧化效率大约提高了2.05和14.47倍，说明该新制备的多孔氮化硼负载铁纳米材料与过硫酸钠组合的高级氧化技术在氧化效率上具有突出的优越性，因此，该多孔氮化硼负载铁纳米材料具有重要的价值和应用前景。
实施例3：多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠对不同浓度盐酸土霉素的去除实验，具体过程及结果如下：
配置一系列浓度分别为0.04、0.08、0.16和0.20mmol/L的盐酸土霉素溶液，取其中50mL于反应装置，然后再加入100mg/L的多孔氮化硼负载铁材料和150mg/L的过硫酸钠反应5min，在第0、1、2、3、5min时分别取样。结果如图4所示，0.04～0.20mmol/L的盐酸土霉素溶液都能被多孔氮化硼负载铁材料有效的催化氧化，其氧化效率分别为92.6％、90.1％、88.4％和83.6％。
实施例4：多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠在不同温度下对盐酸土霉素的去除实验，具体过程及结果如下：
将反应装置放置在温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃的恒温振荡箱中，依次往其中加入0.04mmol/L盐酸土霉素溶液、100mg/L的多孔氮化硼负载铁材料和150mg/L的过硫酸钠反应5min，在第0、1、2、3、5min时分别取样。结果如图5所示，随着温度从20℃升到50℃，对盐酸土霉素的氧化效率也从82.1％上升到95.6％，这表明温度的升高能促进多孔氮化硼负载铁材料活化过硫酸钠对盐酸土霉素的降解。
实施例5：多孔氮化硼负载铁纳米材料和过硫酸钠在不同pH下对盐酸土霉素的去除实验，具体过程及结果如下：
配置pH为2、5、7、9、11的0.04mmol/L的盐酸土霉素溶液，取其50mL于反应装置，然后加入100mg/L的多孔氮化硼负载铁材料和150mg/L的过硫酸钠反应5min，在第0、1、2、3、5min时分别取样。结果如图6所示，在pH为2～11的范围内，多孔氮化硼负载铁材料都能有效的对盐酸土霉素催化氧化，其中当pH＝5时，对盐酸土霉素的氧化效率最高为92.63％，其中pH为2和7时，氧化效率分别为85.35％和85.83％，但当pH为9和11时，氧化效率为84.51％和81.12％，这表明在pH为2～11的范围内该反应体系和催化剂均具有较好的氧化效率，其中，在酸性环境下多孔氮化硼负载铁材料对盐酸土霉素的催化氧化效率要高于碱性环境。
综上所述，本发明的有益效果如下：
1、本发明制备了一种新型的多孔氮化硼负载铁材料，该材料具有比表面积大和多孔隙的特点，因此应用于高效氧化反应中具有更好的催化效率；同时，该材料的制备用料简单，制备过程的操作简单；
2、本发明通过优化制备了负载铁的多孔氮化硼纳米材料(Fe-PNB)，保留了多孔氮化硼良好的高比表面积、多孔等优势，加入了高催化能力的铁基，使得在污染物处理中保持高效的去除收益；
3、本发明对土霉素废水处理的方法比之以往芬顿或者类芬顿工艺实现更多的进步，该方法能够适应更广泛的pH、耗能低和效率高等；
4、本发明反应过程中产生的硫酸根自由基相较于羟基自由基更能长时间的保持活性且氧化能力更强，增强了氧化效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多孔氮化硼负载铁纳米材料，其特征在于，所述纳米材料为内部负载有铁盐的多孔氮化硼。
2.根据权利要求1所述的多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多孔氮化硼与三价铁盐在水溶液中混合，80℃～90℃温度下搅拌3h～5h后烘干研磨；
S2、将步骤S1所得物料在600℃～800℃温度下煅烧1.5h～3h，加入盐酸搅拌均匀，洗涤烘干后即得。
3.根据权利要求2所述的多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O。
4.根据权利要求2所述的多孔氮化硼负载铁纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述多孔氮化硼的制备过程包括以下步骤：
S01、将三聚氰胺和硼酸加入水中，加热至90℃～100℃搅拌至溶解完全，冷却后进行过滤、烘干和研磨；
S02、将步骤S01所得物料在1400℃～1600℃温度下NH3气氛中煅烧3h～5h，冷却后得到多孔氮化硼。
5.一种废水净化材料，其特征在于，所述废水净化材料包含如权利要求1所述的多孔氮化硼负载铁纳米材料。
6.根据权利要求5所述的废水净化材料，其特征在于，所述废水净化材料还包含过一硫酸盐。
7.一种含土霉素废水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1所述的多孔氮化硼负载铁纳米材料和过一硫酸盐投入待处理废水中进行氧化反应。
8.根据权利要求7所述的含土霉素废水处理的方法，其特征在于，所述氧化反应中的多孔氮化硼负载铁纳米材料的质量浓度为50mg/L～250mg/L。
9.根据权利要求7所述的含土霉素废水处理的方法，其特征在于，所述氧化反应中的过一硫酸盐的质量浓度为40mg/L～300mg/L。
10.根据权利要求7所述的含土霉素废水处理的方法，其特征在于，所述氧化反应的pH值为2～11。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010063221.9A CN111111741B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010063221.9A CN111111741B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111111741A true CN111111741A (zh) | 2020-05-08 |
| CN111111741B CN111111741B (zh) | 2022-07-01 |
Family
ID=70491722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010063221.9A Active CN111111741B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111111741B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114471654A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-05-13 | 兰州理工大学 | 一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用 |
| CN114653371A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-24 | 江西师范大学 | 一种高缺陷氮化硼担载的原子级分散金属催化剂的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109012671A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-18 | 常州大学 | 一种活性炭负载氧化铁固体芬顿试剂的制备方法 |
| CN110201701A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-06 | 河北科技大学 | 一种负载纳米金多孔六方氮化硼的可见光响应复合光催化剂的制备方法及其应用 |
-
2020
- 2020-01-20 CN CN202010063221.9A patent/CN111111741B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109012671A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-18 | 常州大学 | 一种活性炭负载氧化铁固体芬顿试剂的制备方法 |
| CN110201701A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-06 | 河北科技大学 | 一种负载纳米金多孔六方氮化硼的可见光响应复合光催化剂的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| QIAN KE等: "Enhanced catalytic degradation of bisphenol A by hemin-MOFs supported on boron nitride via the photo-assisted heterogeneous activation of persulfate", 《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114471654A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-05-13 | 兰州理工大学 | 一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用 |
| CN114471654B (zh) * | 2022-01-05 | 2024-03-29 | 兰州理工大学 | 一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用 |
| CN114653371A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-24 | 江西师范大学 | 一种高缺陷氮化硼担载的原子级分散金属催化剂的制备方法 |
| CN114653371B (zh) * | 2022-04-08 | 2023-05-05 | 江西师范大学 | 一种高缺陷氮化硼担载的原子级分散金属催化剂的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111111741B (zh) | 2022-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111790422B (zh) | 一种石墨化基氮络合的Fe(III)-Fe0催化剂及其合成方法和应用 | |
| CN111744476B (zh) | 一种赤泥碳基催化剂的制备方法及应用 | |
| CN104445508B (zh) | 铁酸锰或其碳复合材料的双效光芬顿脱氮方法 | |
| CN108940335A (zh) | 一种基于氮掺杂具有核壳结构可磁场回收铁碳材料的高级氧化还原水处理方法 | |
| CN108097261B (zh) | 一种高效稳定的铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN108380214B (zh) | 一种改性海泡石的制备及应用于废水处理的方法 | |
| CN111111741B (zh) | 一种多孔氮化硼负载铁纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN107442100B (zh) | 多孔空心结构三氧化二镓光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113877581B (zh) | 一种铁酸铜尖晶石材料及其制备方法与应用 | |
| CN105478121B (zh) | 一种三氧化二铁改性的二氧化钛高效可见光催化剂的制备方法 | |
| CN109621974B (zh) | 一种CuMn2O4/rGO复合材料臭氧催化氧化除污染水处理方法 | |
| CN111389435A (zh) | 一种铁碳微电解-类芬顿催化体系及应用 | |
| CN106145379B (zh) | 光催化生物吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN106512988A (zh) | 一种分子筛负载型MnO2‑ZnO臭氧催化剂及其制备方法 | |
| CN108083347A (zh) | 钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备及其产品和应用 | |
| CN112121798B (zh) | MIL-101(Fe/Co)衍生磁性铁酸钴催化降解水中氯霉素的方法及应用 | |
| CN113441142A (zh) | 一种富含氧空位的石墨烯负载多孔纳米氧化铁电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN104368338A (zh) | 一种具有氨基修饰的Pd/TiO2光催化剂的制备方法 | |
| CN110975879A (zh) | 一种掺杂金属型陶粒催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110394176A (zh) | 一种非均相类芬顿催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110152690A (zh) | 一种光芬顿氧化催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109626518A (zh) | 磁性石墨烯基Fen+三维电极非均相电Fenton处理印染废水的方法 | |
| CN107790155A (zh) | 一种以蛋白土为载体掺杂Ag的非均相光Fenton催化剂的制备方法 | |
| CN110302786B (zh) | 六方铁氧体活化过氧单硫酸盐降解水中抗癫痫药物的方法 | |
| CN114225928A (zh) | 高强度碳基非均相催化剂及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |