[发明专利]用于水体有机污染物降解的多孔碳催化剂的普适性制备方法

说明书

本发明公开了一种用于水体有机污染物降解的多孔碳催化剂的普适性制备方法，将生物质、碳酸氢钾和氧化镁置于玻璃研钵中研磨10‑15min使其充分混合均匀得到物料A；将物料A转移至瓷舟中并放置于管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经过60min升温至300℃保持120min，再以10℃/min的升温速率升温至800℃保持120min，然后自然降温至室温得到物料B；将物料B转移至容器中并加入酸性溶液浸泡12h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后于40‑60℃干燥12h得到蓬松多孔氮掺杂碳氧还原催化剂。本发明制得的多孔碳催化剂的比表面积为362‑2498m²/g，且含有大量的微孔和介孔，将其作为阴极材料应用到电芬顿体系中，能够高效降解有机污染物，且在使用的过程中不会造成二次污染，对环境友好。

技术领域

本发明属于多孔碳材料的合成技术领域，具体涉及一种用于水体有机污染物降解的多孔碳催化剂的普适性制备方法。

背景技术

环境和能源是21世纪人类面临的两大难题，随着世界经济和现代工业的快速发展，人工合成的有机物种类、数量迅速增加。塑料、染料、溶剂、食品添加剂、农药、涂料、合成纤维、洗涤剂、合成橡胶以及药品等人工合成的有机物，逐渐成为人类生活中的必需品，这虽然为人类生活提供了极大的便利，但同时也诱发了诸多的负面效应。很多难降解的有机物被排入水体中，许多有机污染物不仅具有毒性且会在生物体内富集。因此，预防和处理有机污染物已成为当前备受关注的问题。

电芬顿是一种通过原位电催化阴极附近的氧气生成过氧化氢（H₂O₂），H₂O₂与添加的Fe²⁺反应生成强氧化性的•OH，•OH与有机污染物反应使其矿化为二氧化碳和水的技术。电芬顿法处理速度快、净化效果好且反应装置简单，所需条件温和，便于自动化控制，所以在环境污染治理中有着广阔的应用前景。目前，电芬顿体系的阴极材料主要有石墨毡电极、活性碳纤维电极、碳/聚四氟乙烯充氧电极，但是，阴极电极效率低、H₂O₂的产量不高限制了其广泛应用。因此我们的主要任务就是寻求一种环境友好、催化效率高的阴极催化剂。

可再生的生物质价格低廉、来源广泛，可用其作为多孔碳材料的原料来源。且由生物质制备的碳材料具有比表面积高，导电性良好，化学性质稳定等优点。目前，常用的制备多孔碳材料的方法有物理活化和化学活化两种方法。化学活化主要以KOH、NaOH、H₃PO₄、MgCl₂或ZnCl₂为活化剂，分别通过氧化作用或作为脱水剂降低反应温度来增加碳产率。但是，单一活化剂的方法制备的碳材料孔结构单一，不利于更好的展现碳材料的电化学性能。因此，我们需要寻找一种能够制备有序多孔碳材料的普适性制备方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、成本低廉且环境友好的用于水体有机污染物降解的多孔碳催化剂的普适性制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，用于水体有机污染物降解的多孔碳催化剂的普适性制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将生物质、碳酸氢钾和氧化镁置于玻璃研钵中研磨10-15min使其充分混合均匀得到物料A，其中生物质为槐花、薰衣草、胡萝卜或黄豆；

（2）将物料A转移至瓷舟中并放置于管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经过60min升温至300℃保持120min，再以10℃/min的升温速率升温至800℃保持120min，然后自然降温至室温得到物料B；

（3）将物料B转移至容器中并加入酸性溶液浸泡12h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后于40-60℃干燥12h得到蓬松多孔氮掺杂碳氧还原催化剂，该氮掺杂碳氧还原催化剂的比表面积为362-2498m²/g，且含有大量的微孔和介孔。