[发明专利]一种改性泥炭-磁铁矿复合磁性芬顿材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于芬顿材料的技术领域，具体涉及一种改性泥炭‑磁铁矿复合磁性芬顿材料及其制备方法和应用。其制备包括如下步骤：将木本泥炭和天然磁铁矿颗粒进行球磨，得到均匀的混合粉末，将所得混合粉末经水热反应得到泥浆状产物，烘干、研磨粉碎并过筛，即得到改性泥炭‑磁铁矿复合磁性芬顿材料；使用分布广泛、价格低廉的木本泥炭和天然磁铁矿颗粒作为原料，通过高能球磨法将材料的粒径降低至纳/微米级，有利于提升其在催化反应中的传质过程。随后将球磨后的材料进行水热反应，在较高温度和反应釜自身压力的条件下对疏水性的木本泥炭进行改性，使其提高亲水性的同时能增强芬顿反应性。

技术领域

本发明属于芬顿材料的技术领域，具体涉及一种改性泥炭-磁铁矿复合磁性芬顿材料及其制备方法和应用。

背景技术

常规的异相芬顿催化法或催化湿式过氧化氢氧化法（CWPO）等高级氧化技术大多将催化剂制备成粉体材料进行，这使得催化剂的回收成为难题。因此，能够通过简易高效的磁分离方法进行回收的磁性芬顿催化剂受到了广泛关注。现有的磁性芬顿催化剂多为人工合成的磁铁矿（Fe₃O₄），其制备成本高昂、工艺复杂且饱和磁化率通常低于天然磁铁矿，磁分离性能较低。

天然磁铁矿分布广泛、价格低廉，且通常晶格中存在有Al、Ti、Ni等元素的掺杂，有利于其反应性的提高，是理想的磁性芬顿催化剂。此外，在芬顿反应中，Fe(II)可与H₂O₂反应生成高活性的羟基自由基（·OH），而Fe(III)则会被H₂O₂还原为Fe(II)，但这一反应速率低，且H₂O₂被分解为低活性的超氧自由基（O₂^·-）进而生成氧气，导致H₂O₂的低效分解。磁铁矿的晶格结构中含有Fe(II)，因而相比同样具备磁性但不含有Fe(II)的磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）更具有应用于芬顿反应的价值。但天然磁铁矿多呈致密的块状或粒状集合体，即使经过颚式破碎等程序处理后其粒径仍高达0.5-2 cm，不利于催化反应的传质过程。此外，用于芬顿反应时，磁铁矿晶格中的Fe(II)在分解部分后H₂O₂被氧化为Fe(III)。因此，磁铁矿中Fe(III)的再还原是限制其芬顿反应性的关键限速步骤。

由于碳材料具备丰富的官能团、高比表面积和良好的电子传递性等特性，许多研究者利用碳材料与磁铁矿进行复合并进一步促进磁铁矿中Fe(III)的还原。常用的碳材料多为成本高昂的氧化石墨烯、碳纳米管和富勒醇等材料，这限制了其作为环境催化剂的应用前景。水热碳通常以葡萄糖、淀粉等为原料合成，合成条件温和，因而被广泛应用于异相芬顿反应中。此外，水热碳在水热过程中还会产生丰富的碳中心持久性自由基（PFRs），可作为电子供体促进磁铁矿中Fe(III)的还原。然而，以葡萄糖等为原料的水热碳仍然存在产率较低、原料成本较高等限制，限制了水热碳类材料在实际环境中的应用价值。

因此，为了解决以上问题，本发明通过将木本泥炭进行水热改性并负载磁铁矿，制得一种性能优异的芬顿材料。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种改性泥炭-磁铁矿复合磁性芬顿材料及其制备方法和应用，使其用于水土污染的治理。

本发明的技术内容如下：

本发明提供了一种改性泥炭-磁铁矿复合磁性芬顿材料的制备方法，包括如下步骤：

将木本泥炭和天然磁铁矿颗粒进行球磨，得到均匀的混合粉末，将所得混合粉末经水热反应得到泥浆状产物，烘干、研磨粉碎并过筛，即得到改性泥炭-磁铁矿复合磁性芬顿材料；

所述木本泥炭含碳量约30~80%；

所述木本泥炭和天然磁铁矿的质量比为1:1~9:1；