[发明专利]一种铁-碳基材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种铁‑碳基材料的制备方法及其产品和应用，属于环保产业新材料技术领域。所述制备方法的步骤包括：将碳源、铁盐、沉淀剂和水混合后进行水热反应；水热产物洗净后烘干；再进行热处理，制得铁‑碳基材料。本发明采用铁源与碳源结合，利用简单的水热和热处理过程，制备出铁‑碳基材料，制得的铁‑碳基材料可以在物理场驱动下活化过硫酸盐/亚氯酸盐复合氧化剂，用于处理有机废水。

技术领域

本发明涉及环保产业新材料技术领域，特别涉及一种铁-碳基材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

过硫酸盐衍生的高级氧化技术正被广泛地运用于环境处理中，包括对废气如烟气，或废水如化工废水、垃圾渗滤液的处理，也包括环境修复如土壤和地下水的修复处理。其中高效活化过硫酸盐成为了重要的研究方向，而过硫酸盐又可以被广泛地活化，比如金属基、非金属基均可被用来活化过硫酸盐，产生更强的活性中间体，包括自由基过程与非自由基过程。但是，为了满足或提高污染物处理需要比如便于操作分离、拓宽适用范围、提高降解效率、延长使用寿命等，环境材料需要功能化设计与改性，而金属基与非金属基的复合成为催化/活化过硫酸盐的发展趋势，尤其碳基材料(支撑、包裹)与金属基(负载、掺杂等)结合形成多元化混相催化/活化剂。而“绿色”活化以及复合材料的适配性制备正成为发展趋势，因此，提供一种有效的多元化混相催化/活化剂是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁-碳基材料的制备方法及其产品和应用。采用铁源与碳源结合，利用简单的水热和热处理过程，制备出铁-碳基材料，制得的铁-碳基材料可以在物理场驱动下活化过硫酸盐/亚氯酸盐复合氧化剂，用于处理有机废水。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的技术方案之一：提供一种铁-碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

将碳源、铁盐、沉淀剂和水混合后进行水热反应；水热产物洗净后烘干；再进行热处理，制得铁-碳基材料。

本发明通过水热和热处理分步制备铁-碳基材料，其中水热过程采用铁源、碳源和沉淀剂相互作用，将铁盐转变为微纳米铁氧化物并负载于碳基材料上；热处理主要作用在于碳热还原、去除杂质、增强结构性，从而将铁氧化物转变为零价铁，增强了铁-碳结构性，其中碳基起到了支撑结构作用与还原作用。

优选地，所述水热反应步骤前还包括吸附步骤，吸附时间为6～12h。

优选地，所述水热反应的温度为150～200℃，时间为12～24h；所述热处理的温度为700～900℃，时间为1～3h，升温速率为3～6℃/min。

本发明添加热处理后，制备的不同碳源衍生的铁-碳基材料均能具备活化效果和耦合效应。

更优选地，本发明通过响应曲面法优化，得到所述水热反应，时间为18h；所述热处理温度为800℃。

优选地，所述洗净为利用水和乙醇交替洗净；所述烘干的温度为60～80℃。

优选地，所述碳源包括水热炭、活性炭、生物质炭或热解炭；所述铁盐为三价铁盐和/或二价铁盐；所述沉淀剂为可溶的碱性化合物。

更优选地，铁盐与所述水热炭碳源的质量比为2:1～1:2，其中水热炭碳源为糖源；所述铁盐与所述活性炭、生物质炭或热解炭的质量比为5:1～1:5；所述铁盐与所述水的质量与体积为1g:(10～30)mL。

本发明所用水热炭可通过添加糖源于水热过程直接同步形成相应的碳源，其中，糖源包括但不限于葡萄碳。

本发明所使用活性炭可购买商品椰壳活性炭，根据需要研磨过筛。

本发明所用生物质炭的制备方法如下：选用剪碎后玉米秸秆，方法一：置于带盖坩埚中，于马弗炉空气下350℃处理3～4h，制备得到；方法二：置于管式炉中，氮气下600℃处理2～4h，制备得到。