CN113477271B - 一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 - Google Patents
一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113477271B CN113477271B CN202110800060.1A CN202110800060A CN113477271B CN 113477271 B CN113477271 B CN 113477271B CN 202110800060 A CN202110800060 A CN 202110800060A CN 113477271 B CN113477271 B CN 113477271B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- nitrogen material
- bisphenol
- use according
- mixture
- 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.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 6
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L peroxysulfate(2-) Chemical class [O-]OS([O-])(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 claims abstract description 12
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 9
- KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N terephthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=C(C=O)C=C1 KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 66
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 3
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N benzaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=CC=C1 HUMNYLRZRPPJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 210000004994 reproductive system Anatomy 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- VEORPZCZECFIRK-UHFFFAOYSA-N 3,3',5,5'-tetrabromobisphenol A Chemical compound C=1C(Br)=C(O)C(Br)=CC=1C(C)(C)C1=CC(Br)=C(O)C(Br)=C1 VEORPZCZECFIRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 208000017701 Endocrine disease Diseases 0.000 description 1
- 241000402754 Erythranthe moschata Species 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002124 endocrine Effects 0.000 description 1
- 231100000507 endocrine disrupting Toxicity 0.000 description 1
- 231100000049 endocrine disruptor Toxicity 0.000 description 1
- 239000000598 endocrine disruptor Substances 0.000 description 1
- 238000003933 environmental pollution control Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N para-ethylbenzaldehyde Natural products CCC1=CC=C(C=O)C=C1 QNGNSVIICDLXHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L phthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- OKBMCNHOEMXPTM-UHFFFAOYSA-M potassium peroxymonosulfate Chemical compound [K+].OOS([O-])(=O)=O OKBMCNHOEMXPTM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/615—100-500 m2/g
-
- 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
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- 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
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
- C02F2101/345—Phenols
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法，包括以下步骤：(1)按照重量比为0.1:20‑0.8:20，将对苯二甲醛与尿素充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，制得碳氮材料；(2)按照重量比为1:1，将碳氮材料与Fe3O4混合，然后将混合物均匀分散于去离子水中进行沉淀反应，机械搅拌后，将得到的沉淀物经去离子水水洗、烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC‑Fe3O4)。本发明还公开上述制备方法制得的NC‑Fe3O4在活化过一硫酸盐降解双酚A废水中的应用。本发明使用热聚合‑沉淀法联用工艺制得NC‑Fe3O4，合成步骤简便，制备成本较低，碳氮材料的复合增加了催化剂的比表面积，提供了更多的反应活性位点，制得的NC‑Fe3O4增强了活化过一硫酸盐降解水中双酚A的能力。
Description
技术领域
本发明涉及高级氧化材料技术领域，更具体地说，关于一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用。
背景技术
随着社会的高度发展，环境污染控制和治理已成为一项全人类面临的挑战，内分泌干扰物是指可扰乱生物体内分泌的物质，也叫环境激素，可以通过多种途径进入人体或者生物体内从而引起内分泌紊乱和生殖系统的异常。环境激素包含的物质种类，常见的有双酚A、四溴双酚A、邻苯二甲酸盐、多溴联苯醚、合成麝香类物质等。双酚A在环境和食物供应中随处可见，即使在极低的浓度下也具有内分泌干扰特征和较高的毒性，可以干扰人体激素分泌功能和生殖系统。
高级氧化技术在水处理和净化方面具有良好的前景，而过一硫酸盐基高级氧化技术由于其pH适用范围广、相应的氧化剂使用安全等优点受到越来越多研究者的关注。
目前，活化过一硫酸盐降解水中有机污染物的方法应用广泛，异相过渡金属(Fe、Mn、Cu等)催化剂具有高效、廉价的特点。为加强异相金属催化剂的分散性，提高催化活性，选用与其他催化剂复合的方式。碳材料是广泛用于水处理的良好催化剂及催化剂载体。碳基材料具有比表面积大、性价比高、孔隙大等优点，研究表明，活性炭、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等对过一硫酸盐具有良好的催化活性。
过渡金属如铁，钴，镍等可以与碳基材料结合形成复合催化剂以提高其活化过一硫酸盐降解水中污染物的性能。Yao等合成了Co3O4-还原氧化石墨烯杂化物(Co3O4-rGO)并将其活化过一硫酸盐分解苯酚，Co3O4纳米颗粒与石墨烯片的组合比纯Co3O4有更高的催化活性。文献《石墨相氮化碳材料的可控制备及光催化降解环境有机污染物研究》([D].江苏大学，2017.)，探究在光照条件下，g-C3N4和Co-C3N4两种催化剂催化活化过一硫酸氢钾复合盐(PMS)降解双酚A(BPA)的效果。上述技术存在的问题如下：催化活化过一硫酸盐降解水体中双酚A的效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于解决现有的现有的仅采用相氮化碳材料催化活化过一硫酸盐降解水体中双酚A的效果不佳的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量比为0.1:20-0.8:20，将对苯二甲醛与尿素充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，制得碳氮材料；
(2)按照重量比为1:1，将步骤(1)中制得的碳氮材料与Fe3O4混合，然后将混合物均匀分散于去离子水中进行沉淀反应，混合物的总重量与去离子水的重量比为0.1:20，机械搅拌后，将得到的沉淀物经去离子水水洗、烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物，记为NC-Fe3O4。
本发明使用热聚合-沉淀法联用工艺，制备出碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)，合成步骤简便，制备成本较低，碳氮材料的复合增加了催化剂的比表面积，提供了更多的反应活性位点，制得的NC-Fe3O4增强了活化过一硫酸盐降解水中双酚A的能力。
优选地，所述步骤(1)中热聚合反应工艺条件为：在马弗炉中，将混合物从室温下升温至350-650℃，反应2-6h，升温的速率为2℃/min。
优选地，所述步骤(2)中沉淀反应的温度为室温。
优选地，所述步骤(2)中沉淀反应的时间为12-24h。
优选地，所述步骤(2)中机械搅拌的速度为200-300r/min。
优选地，所述步骤(2)中机械搅拌的时间为10-12h。
优选地，所述步骤(2)中烘干的温度为60-80℃。
本发明还提供上述制备方法制得的碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)在活化过一硫酸盐降解双酚A废水中的应用。
进一步地，包括以下步骤：将双酚A溶液与NC-Fe3O4在锥形瓶中中混合，溶液温度控制在15-35℃，双酚A的初始质量浓度为5-35mg/L，搅拌30min后，加入过一硫酸盐，过一硫酸盐的初始浓度为0.6-3.0mM，反应10min后，取样过滤后测定双酚A的浓度。
进一步地，所述双酚A的浓度采用高效液相色谱法进行测定，其中，测试波长为230nm，流动相使用85％甲醇和15％水。
本发明具有如下的有益效果：本发明使用热聚合-沉淀法联用工艺，制备出碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)，合成步骤简便，制备成本较低，碳氮材料的复合增加了催化剂的比表面积，提供了更多的反应活性位点，制得的NC-Fe3O4增强了活化过一硫酸盐降解水中双酚A的能力。
附图说明
图1为本发明实施例1-5制备的NC-Fe3O4与对比例1的Fe3O4对双酚A废水的降解效果图；
图2为本发明实施例3制备的NC-Fe3O4(0.4:20)与对比例2制备的NC-Fe3O4(2:20)对双酚A废水的降解效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图和本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种NC-Fe3O4(0.1:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素与0.1g对苯二甲醛充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
实施例2
一种NC-Fe3O4(0.2:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素与0.2g对苯二甲醛充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
将本实施例制备的NC-Fe3O4材料进行比表面积分析，分析结果如表1所示。
实施例3
一种NC-Fe3O4(0.4:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素与0.4g对苯二甲醛充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
将本实施例制备的NC-Fe3O4材料进行比表面积分析，分析结果如表1所示。
实施例4
一种NC-Fe3O4(0.6:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素与0.6g对苯二甲醛充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
将本实施例制备的NC-Fe3O4材料进行比表面积分析，分析结果如表1所示。
实施例5
一种NC-Fe3O4(0.8:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素与0.8g对苯二甲醛充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
实施例6
NC-Fe3O4材料在活化过一硫酸盐降解双酚A废水中的应用：
分别称取20mg实施例1-5制备的NC-Fe3O4材料，并分别分散至50ml浓度为20mg/L的双酚A溶液中，溶液温度控制在15-35℃，先经过30min的吸附，后加入初始浓度为2.0mM的过一硫酸盐，反应10min，间隔一定时间取样并立即将催化剂与溶液分离；使用高效液相色谱法检双酚A浓度，进而检测对双酚A的降解率；其中，测试波长为230nm，流动相使用85％甲醇和15％水，检测结果如图1所示。
对比例1
Fe3O4在活化过一硫酸盐降解双酚A废水中的应用：
称取20mgFe3O4并分散至50ml浓度为20mg/L的双酚A溶液中，溶液温度控制在15-35℃，先经过30min的吸附，后加入初始浓度为2.0mM的过一硫酸盐，反应10min，间隔一定时间取样并立即将催化剂与溶液分离，检测对双酚A的降解率，检测结果如图1所示。
根据图1的结果可以看出，Fe3O4对20mg/L双酚A的降解率为12％，随着碳氮材料前驱体对苯二甲醛投入量的增加，碳氮材料与Fe3O4复合物(NC-Fe3O4)的降解率分别为57％、100％、100％、100％、68％，其中NC-Fe3O4(0.4:20)表现出了最高的活化过一硫酸盐降解双酚A的效果。
对比例2
一种NC-Fe3O4(0:20)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g尿素转移至马弗炉中进行热聚合反应，按照升温速率为2℃/min，将混合物从室温下升温至550℃反应4h，即可制得碳氮材料；
(2)取0.05g步骤(1)中制得的碳氮材料，与0.05gFe3O4均匀分散于20ml去离子水中进行沉淀反应，设置搅拌速度为250r/min，机械搅拌12h后，将得到的沉淀物经去离子水水洗，再置于60℃烘箱中烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物(NC-Fe3O4)。
称取20mg本对比例制备的NC-Fe3O4材料并分散至50ml浓度为20mg/L的双酚A溶液中，溶液温度控制在15-35℃，先经过30min的吸附，后加入初始浓度为2.0mM的过一硫酸盐，反应10min，间隔一定时间取样并立即将催化剂与溶液分离，检测对双酚A的降解率，结果如图2所示，可以看出，NC-Fe3O4(0.4:20)表现出比NC-Fe3O4(0:20)更加优秀的活化过一硫酸盐降解水中双酚A的性能。
将对比例制备的NC-Fe3O4材料进行比表面积分析，分析结果如表1所示。
表1为实施例2-4与对比例2制备的NC-Fe3O4材料的比表面积分析结果
| 组别 | 材料 | 比表面积(m2/g) |
| 实施例2 | NC-Fe3O4(0.2:20) | 156.24 |
| 实施例3 | NC-Fe3O4(0.4:20) | 276.8 |
| 实施例4 | NC-Fe3O4(0.6:20) | 331.16 |
| 对比例2 | NC-Fe3O4(0:20) | 23.72 |
根据表1的结果可以看出，本发明采用前驱体尿素和对苯二甲醛高温热聚合，随后采用沉淀法制备碳氮材料与Fe3O4的复合物，碳氮材料的复合增加了催化剂的比表面积，提供了更多的反应活性位点，进而使得制得的NC-Fe3O4复合物增强了活化过一硫酸盐降解水中双酚A的能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种碳氮材料与Fe3O4的复合物在活化过一硫酸盐降解双酚A废水中的应用，其特征在于：所述碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量比为0.1:20-0.8:20，将对苯二甲醛与尿素充分混合均匀后，转移至马弗炉中进行热聚合反应，制得碳氮材料；
(2)按照重量比为1:1，将步骤(1)中制得的碳氮材料与Fe3O4混合，然后将混合物均匀分散于去离子水中进行沉淀反应，混合物的总重量与去离子水的重量比为0.1:20，机械搅拌后，将得到的沉淀物经去离子水水洗、烘干后，即可得到碳氮材料与Fe3O4的复合物，记为NC-Fe3O4；
所述的应用，包括以下步骤：将双酚A溶液与NC-Fe3O4在锥形瓶中混合，溶液温度控制在15-35℃，双酚A的初始质量浓度为5-35mg/L，搅拌30min后，加入过一硫酸盐，过一硫酸盐的初始浓度为0.6-3.0mM，反应10min后，取样过滤后测定双酚A的浓度。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(1)中热聚合反应工艺条件为：在马弗炉中，将混合物从室温下升温至350-650℃，反应2-6h，升温的速率为2℃/min。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中沉淀反应的温度为室温。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中沉淀反应的时间为12-24h。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中机械搅拌的速度为200-300r/min。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中机械搅拌的时间为10-12h。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤(2)中烘干的温度为60-80℃。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述双酚A的浓度采用高效液相色谱法进行测定，其中，测试波长为230nm，流动相使用85％甲醇和15％水。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110800060.1A CN113477271B (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110800060.1A CN113477271B (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113477271A CN113477271A (zh) | 2021-10-08 |
| CN113477271B true CN113477271B (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=77938850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110800060.1A Active CN113477271B (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113477271B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108380235A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-10 | 同济大学 | 一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108452820A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-28 | 武汉大学 | 一种氮化碳/α型氧化铁催化剂、光电辅助类芬顿体系及其在有机废水处理中的应用 |
| CN109248704A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-22 | 广州大学 | 碳、氧共掺杂石墨相氮化碳的制备及其在催化活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用 |
| CN109317181A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-02-12 | 平顶山学院 | 一种四氧化三铁/碳/氮化碳材料及其制造方法和用途 |
| CN109647481A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-19 | 广州大学 | 氧掺杂石墨相氮化碳的制备及其在催化活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用 |
| CN111111727A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 西安建筑科技大学 | 一种三元磁性复合可见光催化纳米材料及其制备方法与应用 |
| CN111777527A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-16 | 江苏开放大学（江苏城市职业学院） | 一种对苯二甲醛/石墨相氮化碳材料及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-07-13 CN CN202110800060.1A patent/CN113477271B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108452820A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-28 | 武汉大学 | 一种氮化碳/α型氧化铁催化剂、光电辅助类芬顿体系及其在有机废水处理中的应用 |
| CN108380235A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-08-10 | 同济大学 | 一种石墨相氮化碳基非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 |
| CN109248704A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-22 | 广州大学 | 碳、氧共掺杂石墨相氮化碳的制备及其在催化活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用 |
| CN109317181A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-02-12 | 平顶山学院 | 一种四氧化三铁/碳/氮化碳材料及其制造方法和用途 |
| CN109647481A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-19 | 广州大学 | 氧掺杂石墨相氮化碳的制备及其在催化活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用 |
| CN111111727A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 西安建筑科技大学 | 一种三元磁性复合可见光催化纳米材料及其制备方法与应用 |
| CN111777527A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-16 | 江苏开放大学（江苏城市职业学院） | 一种对苯二甲醛/石墨相氮化碳材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Santosh Kumar et al..Synthesis of Magnetically Separable and Recyclable g‑C3N4−Fe3O4 Hybrid Nanocomposites with Enhanced Photocatalytic Performance under Visible-Light Irradiation.J. Phys. Chem. C.2013,第117卷第26135-26143页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113477271A (zh) | 2021-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113198511B (zh) | 高效活化过硫酸盐的氮掺杂碳载Fe-Co双金属单原子催化剂及其制备方法 | |
| CN109092343B (zh) | 一种可见光响应型g-C3N4/BiVO4异质结材料的制备方法及其应用 | |
| CN109603883A (zh) | 一种可高效活化过硫酸盐的氮掺杂多孔碳多面体@纳米磷化钴复合催化剂及其制备方法 | |
| CN112973754A (zh) | 一种新型碳基材料负载过渡金属单原子催化剂的制备方法 | |
| CN114177927A (zh) | 二维氮化碳载铁单原子催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108246334B (zh) | 一种功能化三元复合光催化材料及其制备方法与用途 | |
| CN109759117A (zh) | 一种利用碳纤维制备氮掺杂碳包覆金属纳米颗粒复合材料的方法 | |
| CN106513050A (zh) | 一种CdS/MIL‑53(Fe)可见光催化剂的制备方法 | |
| CN115739103B (zh) | 一种可见光光催化材料CuOx@BiVO4及其制备方法和应用 | |
| CN111250092B (zh) | 一种生物质蜂窝状半焦负载镍-铁纳米颗粒催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113477270A (zh) | 一种铜铁双金属限域氮掺杂碳纳米管复合材料的制备方法 | |
| CN115282997A (zh) | 一种碳氮材料负载单原子铜催化剂及其合成方法与应用 | |
| CN113477271B (zh) | 一种磁性碳氮材料与Fe3O4的复合物的制备方法及应用 | |
| CN104971758B (zh) | 一种高活性的氮杂活性炭负载的钯催化剂、其制备方法及应用 | |
| CN111659468B (zh) | 一种MoS2/缺陷型MIL-101(Fe)的复合催化剂、制备方法及应用 | |
| CN112850873B (zh) | 管式降膜反应器催化活化过硫酸盐处理系统及运行工艺 | |
| CN110605118B (zh) | 一种用于室温降解甲醛的整体式Pd/K2Ti6O13-NWs催化剂及制备方法与应用 | |
| CN114522713B (zh) | 一种钴纳米颗粒/氮化硼复合材料的制备方法和应用 | |
| CN112916027A (zh) | 一种酵母生物质制备磷化铁/碳复合材料的方法 | |
| CN115193465A (zh) | 一种氮掺杂碳二维介孔催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN115888717A (zh) | 高效活化过硫酸盐的生物炭负载纳米CoOOH催化剂及制备方法 | |
| CN112774683B (zh) | 一种碳基包覆Ac-Fe/Co催化剂及微乳液制备方法和应用 | |
| CN110090656B (zh) | 一种非金属掺杂不锈钢网复合材料的制备方法及其应用 | |
| Wang et al. | Hydrothermal oxygen uncoupling of high-concentration biogas slurry over Cu-α-Fe2O3· α-MoO3 catalyst | |
| CN116273113B (zh) | 单分散金属M负载石墨相氮化碳材料M/g-C3N4H的制备方法及其应用 |
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 |