[发明专利]磁性纳米载铁有序介孔碳及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁性纳米载铁有序介孔碳及其制备方法和应用，该磁性纳米载铁有序介孔碳通过纳米共浇铸一步法制备得到，包括以下步骤：将蔗糖、六水氯化铁和硫酸溶液进行混合，所得混合溶液加入到有序介孔硅SBA‑15中，经两次热处理、高温碳化、脱硅处理，得到磁性纳米载铁有序介孔碳。本发明的制备方法具有步骤简单，成本低廉，生产效率高，易于大规模生产的特点，制备的材料具有较大的比表面积和孔体积、磁性强，能够有效去除水体中的双酚A，不仅对双酚A的吸附容量大、去除效率高，而且pH适用范围广、操作简单、处理周期短、再生容易，有利于废水处理中高效自动化的设计。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种磁性纳米载铁有序介孔碳及其制备方法和在去除水体中双酚A中的应用。

背景技术

双酚A，也称BPA，是重要的有机化工原料，苯酚和丙酮的重要衍生物，在工业上双酚A被用来合成聚碳酸酯(PC)和环氧树脂等材料。它无处不在，60年代以来就被用于制造塑料(奶)瓶、幼儿用的吸口杯、食品和饮料(奶粉)罐内侧涂层。每年，全世界生产2700万吨含有BPA的塑料。但BPA也能导致内分泌失调，威胁着人类的健康。癌症和新陈代谢紊乱导致的肥胖也被认为与此有关。正因为如此，控制双酚A污染受到了广泛的关注。目前各种各样的方法被用来除去废水中的双酚A，其中主要有膜技术、电化学法、光催化降解、离子交换和吸附法。其中吸附法以其操作方便，吸附剂的种类多样、设计灵活、成本低、处理周期短且较高的处理效率等优点而成为一个应用很广的方法。

纳米零价铁颗粒尺寸小，而且利用铁表面的氧化还原作用释放出的电子可以有效分解多种有机、无机环境污染物，是绝佳的除污剂。此外，最近研究者发现将纳米零价铁负载于固体上制备负载型纳米零价铁，能够有效提高表面积，增大纳米粒子与污染物的接触总面积，增加其在反应体系中的分散性，防止纳米粒子的团聚。而有序介孔碳是一种具有大的比表面积、孔体积较高的水热稳定性和酸碱稳定性的吸附剂。因此将纳米零价铁固载在有序介孔碳上引起了极大关注。这种复合材料可以将有序介孔碳的吸附作用和纳米粒子的高反应活性协同起来，吸附和降解效率将显著提高。解决了纳米零价铁在应用中存在的易氧化失活及易团聚的两大技术难题。并且在外部磁铁的作用下实现与液相的快速分离，而避免了离心或者过滤分离操作带来的不便。因此将零价铁纳米粒子固载在有序介孔碳基质上，对高效去除双酚A具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种纳米粒子不易团聚，不易钝化，不易堵塞孔道、具有较大的比表面积和孔体积、磁性强的磁性纳米载铁有序介孔碳，还提供了一种步骤简单，成本低廉，生产效率高，易于大规模生产的磁性纳米载铁有序介孔碳的制备方法；同时还相应提供了一种磁性纳米载铁有序介孔碳在去除水体中双酚A中的应用。该磁性纳米载铁有序介孔碳能够有效去除水体中的双酚A，不仅对双酚A的吸附容量大、去除效率高，而且pH适用范围广、操作简单、处理周期短、再生容易，有利于废水处理中高效自动化的设计。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种磁性纳米载铁有序介孔碳，所述磁性纳米载铁有序介孔碳以有序介孔硅SBA-15为模板，以蔗糖为碳源，六水氯化铁为铁源，通过纳米共浇铸一步法制备得到；所述磁性纳米载铁有序介孔碳的比表面积为450m²/g～600 m²/g，孔径为3.5nm～4.3nm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种磁性纳米载铁有序介孔碳的制备方法，包括以下步骤：将蔗糖、六水氯化铁和硫酸溶液进行混合，所得混合溶液加入到有序介孔硅SBA-15中，填充碳源和铁源，经两次热处理、高温碳化、脱硅处理，得到磁性纳米载铁有序介孔碳。

上述的制备方法中，优选的，所述有序介孔硅SBA-15、硫酸溶液、六水氯化铁和蔗糖的质量比为1∶5.125～6.15∶0.73～1∶1.25～1.5。