[发明专利]一种缺陷碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及污水深度处理技术领域，尤其涉及一种缺陷碳材料的制备方法和催化除污染应用。本发明提供了一种缺陷碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳材料进行等离子体刻蚀，得到所述缺陷碳材料。利用所述制备方法制备得到的缺陷碳材料能够有效活化过硫酸盐、过氧乙酸和臭氧，可有效降解污水中的有机污染物。且所述制备方法制备工艺简单、易操作、成本低，适合工业化生产，具有很大的商业化前景。

技术领域

本发明涉及污水深度处理技术领域，尤其涉及一种缺陷碳材料的制备方法及其催化除污染应用。

背景技术

近年来，大量有毒有害有机污染物如酚类物质、染料和抗生素等进入水环境中，带来潜在的环境风险。针对这些有机污染物的有效控制与去除，高级氧化技术具有极大的优势。

基于过硫酸盐、过氧乙酸和臭氧活化的高级氧化方法是近几年研究关注的热点，具有良好的应用前景。常见的氧化剂(包括过硫酸盐、过氧乙酸和臭氧)活化方法包括热处理、微波辐照、紫外照射和超声耦合等方法。然而上述方法需要额外提供能量，而且其设备系统较为复杂。相较于此，基于碳材料的非均相催化剂具有材料来源广、价格低廉和使用方便，具有极大的发展潜力和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缺陷碳材料的制备方法及其催化除污染应用。利用所述制备方法制备得到的缺陷碳材料能够有效活化过硫酸盐、过氧乙酸和臭氧，可有效降解污水中的有机污染物。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种缺陷碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳材料进行等离子体刻蚀，得到所述缺陷碳材料。

优选的，进行所述等离子体刻蚀前，还包括将碳材料平铺于等离子体刻蚀机腔体内，所述平铺的密度为0.8～8mg/cm²。

优选的，所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、生物炭、氮化碳和氮掺杂石墨烯中的一种或几种。

优选的，所述等离子体刻蚀采用的刻蚀气体为空气、氮气、氩气或氧气。

优选的，所述刻蚀气体的压力为1～100Pa。

优选的，所述等离子体刻蚀的功率为1～500kW，时间为0.5～300min。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的缺陷碳材料。

本发明还提供了上述技术方案所述的缺陷碳材料在活化氧化剂降解有机污染物中的应用。

优选的，包括以下步骤：

将待处理有机污染物废水、氧化剂和缺陷碳材料混合，将得到的混合物进行搅拌处理；

所述氧化剂包括过硫酸盐、过氧乙酸或饱和臭氧水。

优选的，所述混合物中氧化剂的浓度为(10～1000)mg/L；

所述混合物中缺陷碳材料的浓度为(0.01～100)g/L；

所述搅拌处理的时间为5～180min。

本发明提供了一种缺陷碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳材料进行等离子体刻蚀，得到所述缺陷碳材料。本发明采用等离子体刻蚀对碳材料中六元环碳骨架进行直接修饰，从而调控缺陷和表面官能团材料，相较于传统高温煅烧和杂原子掺杂等方式具有低能耗、无药剂消耗与废物产生、直接高效调控碳材料的表面缺陷和表面官能团等优势。本发明利用所述碳材料的表面缺陷和表面官能团具有高电子密度特性，同时其作为活性位点能够高效催化过硫酸盐、过氧乙酸和臭氧，从而快速去除污染物，可以有效避免传统的催化方法存在的能耗高和二次污染的问题。且所述制备方法制备工艺简单、易操作、成本低，适合工业化生产，具有很大的商业化前景。

附图说明