[发明专利]一种硼原子修饰的有序介孔碳复合材料活化过硫酸盐降解有机物的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种硼掺杂有序介孔碳复合材料的制备及其活化过硫酸盐降解有机物的方法。

背景技术

随着城市的发展和工业化进程的加快，水环境污染尤其是持久性难降解有机污染物的危害日益严重。这类难降解有机污染物在水体中分布范围广泛、存留的时间长、对自然环境和人类的危害大、处理难度大，其处理技术的研究一直是环境工作者关注的热点。近年来，以产生高反应活性的羟基自由基(·OH)为特点的高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes简称AOPs)的出现为我们处理水体中污染物提供了新的思路和方法。羟基自由基可以诱发一系列自由基链反应，无选择性地攻击各种有机污染物，将其降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接矿化为CO₂、水，达到环境处理的目的。

基于活化过硫酸盐的高级氧化技术，因氧化能力强、选择性高、适用pH范围广等优点日益受到关注。过硫酸盐能够在光、热、电及过渡金属离子等作用下产生强氧化性的硫酸根自由基(SO₄^·-)和·OH，高效降解有机污染物。其中，以光、热、电为代表的物理活化过程能耗高、难调控。过渡金属离子活化过硫酸盐，因无需外部能量的投入，更为经济和高效而得到广泛研究，但也同时存在着金属离子溶出造成水体二次污染的潜在危险。有序介孔碳(OMC)作为典型非金属催化剂，具有高的比表面积、均一的孔道结构，其表面丰富的含氧官能团作为催化活性位点，对过硫酸氢钾(PMS)具有一定的活化性能，但其催化活性仍有待提高。

本申请采用蒸发诱导自组装的方法制备了非金属硼掺杂的有序介孔碳复合催化剂(B-OMC)，将其用于活化过硫酸盐，能实现有机污染污染物的高效降解。

发明内容

本发明克服了包括紫外光、加热、微波等物理活化，以及过渡金属离子活化等方法活化过硫酸盐的缺陷，通过制备非金属硼掺杂有序介孔碳复合催化剂，活化过硫酸盐产生活性自由基，高效降解顽固有机污染物。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

在反应器中加入100mL有机污染物质，加入0.1-0.3g/L B-OMC催化剂，吸附30min达到饱和后，加入0.5-2.0mM PMS，反应60min。

所述的非金属硼掺杂有序介孔碳复合催化剂制备方法如下：

(1)B-Resol型酚醛树脂的制备：苯酚和NaOH溶解于水中，然后慢慢滴加一定量37wt.％甲醛溶液，将此混合物加热至75℃反应0.5h，加入H₃BO₃继续反应1h。冷却后用2M HCl调节pH至中性，接着45℃条件下减压蒸馏去除水分，将Resol型酚醛树脂前驱体重新溶解于乙醇中(质量分数为20％)，静置24h后过滤去除析出的NaCl晶体。

(2)一定量F127溶解于乙醇中，然后加入20wt.％B-Resol型酚醛树脂的乙醇溶液，搅拌10min后将该溶液转移到培养皿中，室温下挥发4-8h，再将培养皿置于100℃烘箱中固化24h，得到薄膜材料。用刮刀将薄膜从培养皿上刮下，得到有序结构的高分子复合物，将该复合物置于管式炉中N₂气氛中800℃煅烧，所得产物研磨成粉末。

所述的有机污染物，包括双酚A、苯酚、2,4-二氯酚和新诺明等。

本发明一种硼掺杂有序介孔碳复合材料(B-OMC)活化过硫酸盐降解有机物的方法，原理为过硫酸盐在B-OMC催化作用下受激发产生单线态氧(¹O₂)，它对有机污染物的降解起着主要作用。

本发明的特点如下：

1.制备掺硼的Resol树脂，使硼均匀分散，稳定掺入OMC的碳骨架中，材料具有均一整齐的孔道结构。

2.非金属改性碳材料活化过硫酸盐，无外加金属及热、光和电等的投入，节能和环境友好的条件下实现了高效活化过硫酸盐。

3.反应过程产生强氧化性的¹O₂，可快速氧化分解有机污染物。

附图说明

1.图1为制备的硼掺杂有序介孔碳复合材料的透射电子显微照片；

2.图2为硼掺杂有序介孔碳复合材料活化过硫酸氢钾降解不同有机污染物的效果图。

具体实施方式：

实施例1

在反应器中加入浓度为20mg/L的双酚A溶液100mL，加入0.1g/L B-OMC-800催化剂，吸附30min后，加入1mM PMS，反应60min，双酚A的去除率达到91％。