一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚A的方法

本发明涉及废水处理，尤其涉及一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚a的方法。

背景技术：

1、双酚a是一种广泛使用的化学物质，主要用于制造塑料和树脂产品，如饮料瓶和食品容器。由于其结构类似雌激素，双酚a能干扰内分泌系统，可能导致多种健康问题。它通过工业生产和产品废弃进入环境，存在于水体、土壤及食物链中。双酚a由于其化学稳定性，难以通过常规水处理技术有效降解，如过滤、吸附或消毒等，最终可通过水循环对环境和人类健康构成威胁。高级氧化技术可以通过硫酸根自由基(so4·-，e0＝2.60v)和羟基自由基(ho·,e0＝2.80v)有效降解内分泌干扰物类新污染物。但是，由于污废水中的天然有机质和无机离子(如硫酸根(so42-)、氯离子(cl-)和碳酸根(co32-))等复杂组分可淬灭so4·-和ho·自由基，从而抑制高级氧化技术在实际污废水中降解内分泌干扰物类新污染物的效果。因此，有必要研发有效降解污废水中双酚a的处理技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚a的方法，能有效降解污废水中双酚a。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚a的方法，包括以下步骤：

4、将含双酚a废水、氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料与过硫酸盐混合，进行降解；

5、所述氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料的制备方法包括以下步骤：

6、将铁源、碳源和氮源混合，将所得混合物与螺旋状碳纳米管混合，依次进行干燥和煅烧，得到氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料。

7、优选的，所述含双酚a废水与氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料的用量比为47～53ml:32～80mg。

8、优选的，所述过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸钾；所述过硫酸盐在含双酚a废水中的浓度为0.2～3.5mm，所述降解的温度为20～50℃，ph值为3～11，时间为20～40min。

9、优选的，所述铁源包括氯化铁溶液；所述碳源包括葡萄糖溶液；所述氮源包括三聚氰胺溶液；所述氯化铁溶液、葡萄糖溶液和三聚氰胺溶液的体积比为30～50:50～70:80～120。

10、优选的，所述氯化铁溶液所用溶剂为无水乙醇和水，所述无水乙醇和水的体积比为1～2:1～2；所述氯化铁溶液中无水氯化铁与溶剂的用量比为2～4g:30～50ml。

11、优选的，所述葡萄糖溶液包含葡萄糖、水和无水乙醇，所述葡萄糖、水和无水乙醇的用量比为2～4g:15～25ml:35～45ml。

12、优选的，所述三聚氰胺溶液所用溶剂为无水乙醇和水，所述无水乙醇与水的体积比为1～2:1～2；所述三聚氰胺溶液中三聚氰胺与溶剂的用量比为1～3g:80～120ml。

13、优选的，所述螺旋状碳纳米管与无水氯化铁的质量比为0.4～0.6:2～4。

14、优选的，所述混合物与螺旋状碳纳米管混合的温度为50～70℃，时间为1～3h；所述干燥的温度为160～200℃，时间为10～14h。

15、优选的，所述煅烧在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气和/或氩气；所述煅烧的温度为700～900℃，时间为2～4h；升温至所述煅烧的温度的升温速率为4～6℃/min。

16、本发明通过向含有碳源、氮源和铁源的前驱体混合中加入螺旋状碳纳米管，制备氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料，具有高稳定性、强磁性的螺旋状碳纳米管可以有效增加材料表面的缺陷点位和接触面积，而且螺旋状碳纳米管可以有效增加材料的电容，使材料具有更多的电化学活性位，并且在相同的电流密度下可产生更大的电压，比常规材料具有更好的电催化性能，其优异的孔面积提供了有效的氧化还原活性中心，为电子转移提供了载体，氮元素可以增强碳化铁在碳纳米管上面的锚定。本发明通过螺旋状碳纳米管修饰碳化铁制备复合材料不仅可以保留活性位点，还可以利用空间限域效应增强反应浓度和加快反应速度，因而所制备的复合材料具有强铁磁性、高稳定性和高催化活性等优点，该材料能够有效地催化过硫酸盐，通过催化过硫酸盐构建的高效去除废水中双酚a类内分泌干扰物的高级氧化体系可高效去除废水中的双酚a类内分泌干扰物，为常温下深度处理含内分泌干扰物的工业废水提供了技术指导，在废水中双酚a的深度处理方面具有良好的应用前景。

17、本发明提供的方法制备的氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料具有良好的稳定性，可在广泛的ph范围内使用，易于回收，并且可重复利用。该复合材料可用于在常温下高效催化过硫酸盐深度处理双酚a污染的高浓高盐废水，具有很强的适应性和高应用价值，能够有效地活化过硫酸盐，以深度处理高浓高盐废水中污染物。

技术特征：

1.一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚a的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含双酚a废水与氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料的用量比为47～53ml:32～80mg。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸钾；所述过硫酸盐在含双酚a废水中的浓度为0.2～3.5mm，所述降解的温度为20～50℃，ph值为3～11，时间为20～40min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁源包括氯化铁溶液；所述碳源包括葡萄糖溶液；所述氮源包括三聚氰胺溶液；所述氯化铁溶液、葡萄糖溶液和三聚氰胺溶液的体积比为30～50:50～70:80～120。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氯化铁溶液所用溶剂为无水乙醇和水，所述无水乙醇和水的体积比为1～2:1～2；所述氯化铁溶液中无水氯化铁与溶剂的用量比为2～4g:30～50ml。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述葡萄糖溶液包含葡萄糖、水和无水乙醇，所述葡萄糖、水和无水乙醇的用量比为2～4g:15～25ml:35～45ml。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三聚氰胺溶液所用溶剂为无水乙醇和水，所述无水乙醇与水的体积比为1～2:1～2；所述三聚氰胺溶液中三聚氰胺与溶剂的用量比为1～3g:80～120ml。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋状碳纳米管与无水氯化铁的质量比为0.4～0.6:2～4。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物与螺旋状碳纳米管混合的温度为50～70℃，时间为1～3h；所述干燥的温度为160～200℃，时间为10～14h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅烧在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气和/或氩气；所述煅烧的温度为700～900℃，时间为2～4h；升温至所述煅烧的温度的升温速率为4～6℃/min。

技术总结本发明提供了一种氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料催化过硫酸盐去除废水中双酚A的方法，属于废水处理技术领域。本发明通过向含有碳源、氮源和铁源的前驱体混合物中添加螺旋状碳纳米管，制备氮掺杂螺旋状碳纳米管包裹碳化铁复合材料。该复合材料具有高稳定性和强磁性的螺旋状碳纳米管，能够有效增加材料表面的缺陷点和接触面积。所制备的复合材料具有强铁磁性、高稳定性和高催化活性等优点，能够有效催化过硫酸盐，从而构建高效去除废水中双酚A的高级氧化体系，这为常温下深度处理含有内分泌干扰物的工业废水提供了技术支持，具有良好的应用前景。技术研发人员：汪辰焕,黄颖,杨彦,王万军受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11