[发明专利]一种用于污水深度处理的质子化铁氮化碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于污水处理技术领域，涉及含污染物废水处理技术领域，具体涉及一种用于污水深度处理的质子化铁氮化碳复合材料及其制备方法和应用。本发明首先对含氮的碳源、草酸和铁盐研磨均匀后进行热解处理，之后经冷却、洗涤和干燥得到前驱体样品，前驱体样品经质子化处理后经洗涤、干燥制备得到质子化铁氮化碳复合材料。本发明方法原材料廉价易得，制备过程简单，所制备得到的质子化铁氮化碳材料具有催化活性高，pH适用范围广，对水质基质抵抗能力强等优点，可以大幅度提高过一硫酸盐或过氧化氢的活化效果，实现对微污染物的高效降解，解决现有活化技术受水体基质干扰大，污染物降解不彻底，过一硫酸盐利用效率低等问题，具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及含污染物废水处理技术领域，具体涉及一种用于污水深度处理的质子化铁氮化碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

微污染物是环境中的一类新型污染物，主要有药物、农药、个人护理品、内分泌干扰物等，具有污染面广、种类多，半衰期长及毒性大等特点，存在致癌、致畸、致突变的风险，且在一定程度上具有潜伏性和累积性，可能会对人和动物的生殖系统造成损害。而水循环作为联系各个循环的纽带，水体环境中已检测出不同浓度水平的微污染物，这些微污染物对水生环境和水体生态平衡均会产生不可忽视的影响。因此，水环境中微污染物的去除受到越来越多的关注。

近年来，过硫酸盐因具有相对稳定、便于运输、可以产生高活性硫酸根自由基等优点被广泛用于污染物的降解去除。在采用过硫酸盐对污染物进行降解时，需要对过硫酸盐进行活化，传统的活化技术一般通过UV、电化学和羟胺等使其氧氧键断裂生成高活性的硫酸根自由基等活性物种，从而实现污染物的降解去除。微污染物在实际水体中的浓度一般在ng/L-μg/L范围，而天然水体中广泛存在的氯离子(Cl^-)、硫酸根离子(SO₄^2-)、碳酸根离子(CO₃^2-)、碳酸氢根离子(HCO₃^-)和天然有机质(NOM)等的浓度普遍在mg/L级别，这些水质基质与硫酸根自由基等活性物种反应速率极快，可达10⁶-10⁹mol^-1s^-1。因此，在应用过硫酸盐高级氧化降解水体中的微污染物时，水体中共存的水质基质会大量淬灭体系中生成的硫酸根自由基等活性物种，明显抑制自由基途径氧化降解污染物的效率。除此之外，水质基质可能会与高级氧化过程中产生的自由基发生反应生成毒性更高的副产物，从而限制了其在水体中的应用。

因此，研发成本低廉、绿色、高效、抗水体基质干扰能力强的活化材料，以提高过硫酸盐的活化效果及其对污染物的降解效率是必要且重要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于污水深度处理的质子化铁氮化碳复合材料及其制备方法，该材料可以解决现有活化技术受水体基质干扰大，污染物降解不彻底，过一硫酸盐利用效率低等问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种质子化铁氮化碳复合材料的制备方法，具体为：对含氮的碳源、草酸和铁盐研磨均匀后进行热解处理，之后经冷却、洗涤和干燥得到前驱体样品，前驱体样品经质子化处理后经洗涤、干燥制备得到质子化铁氮化碳复合材料。

优选地，所述含氮的碳源包括硫脲、尿素和三聚氰胺，所述铁盐包括无水氯化铁和硝酸铁。进一步地，所述含氮的碳源为尿素，所述铁盐为无水氯化铁。

通过本发明的制备方法，能够制备得到一种质子化铁氮化碳复合材料，制备原料廉价易得、制备过程简单。同时，所制得的质子化铁氮化碳复合材料为含有质子化类石墨相氮化碳的载体、以及与载体相结合的铁原子，且所述质子化类石墨相氮化碳上具有质子化的氮原子，所述铁原子与载体中的氮原子配位形成Fe-N键。

优选地，所述含氮的碳源、草酸与铁盐的投加质量比为15：(0.1-2)：(0.01-0.2)。