[发明专利]一种磁性氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁性氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用。本发明的磁性氮掺杂碳纳米管的组成包括氮掺杂碳纳米管和镶嵌在氮掺杂碳纳米管内部的铁纳米颗粒。本发明的磁性氮掺杂碳纳米管的制备方法包括以下步骤：将铁盐和碳氮源加入溶剂体系中进行混合分散，再除去溶剂后置于保护气氛中进行热解，即得磁性氮掺杂碳纳米管。本发明的磁性氮掺杂碳纳米管具有优良的磁性能，且制备方法简单、成本低，其在高频交变磁场中具有感应产热特性，可以用于金橙II的磁感应加热催化氧化降解。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种磁性氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

印染废水是印染企业在加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品、丝绸等的过程中排放的废水，废水中含有染料、助剂、酸碱、纤维杂质、砂、无机盐等，具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水之一。

金橙II是一种常见的有机染料，被广泛应用于蚕丝、羊毛、皮革和纸张的染色，也可以用作指标剂和生物着色剂。目前，金橙II染料废水的处理方法主要有物理法、生物法和化学法。物理法是利用物理作用去除水体中的有机污染物，常见的处理方式有重力沉降、离心分离、吸附剂吸附等，该方法并没有实现真正意义上的去除，仅仅是将有机污染物暂时转移，易造成二次污染。生物法是利用微生物作用降解水体中的有机污染物，常见的处理方式有生物膜法、活性污泥法等，该方法存在微生物培养工程量大、工序复杂、易引起微生物“中毒”、效率低等问题。化学法中的高级氧化技术(AOP)是利用强氧化性、高活性的自由基氧化分解和高效矿化有机污染物为二氧化碳和水，具有反应条件温和、氧化能力强等优点，应用前景广阔，受到了人们的广泛关注。

因此，开发一种适用于高级氧化技术的催化剂，并将其用于催化降解金橙II染料废水，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性氮掺杂碳纳米管及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种磁性氮掺杂碳纳米管，其组成包括氮掺杂碳纳米管和镶嵌在氮掺杂碳纳米管内部的铁纳米颗粒。

优选的，所述氮掺杂碳纳米管的直径为50nm～500nm。

优选的，所述铁纳米颗粒的粒径为50nm～500nm。

上述磁性氮掺杂碳纳米管的制备方法包括以下步骤：将铁盐和碳氮源加入溶剂体系中进行混合分散，再除去溶剂后置于保护气氛中进行热解，即得磁性氮掺杂碳纳米管。

优选的，所述铁盐为三氯化铁。

优选的，所述碳氮源为单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种。

优选的，所述铁盐、碳氮源的质量比为1:0.1～1:10。

优选的，所述溶剂为甲醇、乙醇、水中的至少一种。

优选的，所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。

优选的，所述热解的具体操作为：以2℃/min～15℃/min的升温速率从室温(25℃±5℃)升温至300℃～900℃，再保温1h～8h。

一种磁感应加热催化氧化降解金橙II的方法包括以下步骤：将催化剂和过硫酸盐加入金橙II溶液中，催化剂为上述磁性氮掺杂碳纳米管，再置于高频交变磁场中，进行金橙II的磁感应加热催化氧化降解。

优选的，所述过硫酸盐为过氧单磺酸钾(PMS)、过二硫酸钾、过氧化单硫酸钾盐、过一硫酸氢钾复合盐中的至少一种。

优选的，所述催化剂、金橙II的质量比为0.013:1～141:1。

优选的，所述过硫酸盐、金橙II的摩尔比为0.1:1～10:1。