[发明专利]一种氮掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂磁性生物炭及其制备方法。一种氮掺杂磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：1)在硫酸亚铁和尿素混合溶液中加入农林废弃物，浸渍，离心，得到固体混合物；2)将所述固体混合物进行煅烧处理，得到所述氮掺杂磁性生物炭。本发明利用农林废弃物一步制备氮掺杂磁性生物炭，不仅有利于成本控制也有利于环境保护，且该制备方法简单、工艺步骤少、能耗低，易于实现大规模生产，同时，在制备过程中无废水或是泥渣产生，避免二次污染或产生二次废弃物。

技术领域

本发明涉及废物资源化利用领域，尤其涉及一种氮掺杂磁性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，与传统废水处理技术相比，高级氧化工艺(AOPs)因其高效、适应性强等优点，被广泛用于降解水中生物难降解污染物。炭基材料具有比表面积大、电子传递能力好、热稳定性好和生态友好等固有优势，因而对其在AOPs中的适用性进行了较多的研究。有研究表明，与未掺杂的材料相比，氮掺杂磁性生物炭材料表现出优越的催化活性。这是因为杂原子的掺杂可以调节原始Sp2杂化碳的电子性质，增加比表面积并产生新的活性位点。在热解过程中，氮原子被困在不断增长的碳网络中，导致生物炭中出现吡啶-N和石墨-N等氮掺杂结构。这些氮掺杂结构在生物炭中会导致碳网络中电荷分布、键结构和Lewis碱位的变化，从而改善铁的负载、分布和催化活性，加快活性位点的还原能力和过硫酸盐(PS)与催化剂之间的电子转移循环。

但现有的氮掺杂磁性生物炭制备方法复杂、制备成本高，亟需一种制备方法简单、成本低廉的制备方法。

发明内容

为了克服现有技术存在氮掺杂磁性生物炭制备方法复杂、制备成本高的问题，本发明的目的之一在于提供一种氮掺杂磁性生物炭的制备方法，本发明的目的之二在于提供一种氮掺杂磁性生物炭，本发明的目的之三在于提供氮掺杂磁性生物炭的应用，本发明的目的之四在于提供一种含甲硝唑废水的处理方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种氮掺杂磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：

1)在硫酸亚铁和尿素混合溶液中加入农林废弃物，浸渍，离心，得到固体混合物；

2)将所述固体混合物进行煅烧处理，得到所述氮掺杂磁性生物炭。

优选的，这种制备方法中，农林废弃物包括花生壳、木屑中的一种；进一步优选的，农林废弃物为木屑；在本发明的一些优选实施例中，木屑的粒径为0.01-0.02cm，木屑的含水率为15-20％。

优选的，这种制备方法，步骤1)中，硫酸亚铁和尿素混合溶液中铁元素的质量百分数为10-20％；进一步优选的，硫酸亚铁和尿素混合溶液中铁元素的质量百分数为12-18％；在本发明的一些优选实施例中，硫酸亚铁和尿素混合溶液中铁元素的质量百分数为15％。

优选的，这种制备方法，步骤1)中，硫酸亚铁和尿素混合溶液中氮元素的质量百分数为30-40％；进一步优选的，硫酸亚铁和尿素混合溶液中氮元素的质量百分数为32-38％；再进一步优选的，硫酸亚铁和尿素混合溶液中氮元素的质量百分数为35％。

优选的，这种制备方法，步骤1)中，农林废弃物与硫酸亚铁和尿素混合溶液的质量体积比为1g：(35-50)mL；进一步优选的，农林废弃物与硫酸亚铁和尿素混合溶液的质量体积比为1g：(35-45)mL；再进一步优选的，农林废弃物与硫酸亚铁和尿素混合溶液的质量体积比为1g：(38-42)mL。

优选的，这种制备方法，步骤1)中，浸渍的时间为1.5-2.5h；进一步优选的，浸渍的时间为1.8-2.2h；再进一步优选的，浸渍的时间为2h。

优选的，这种制备方法中，硫酸亚铁和尿素混合溶液的pH为6.0-7.0；进一步优选的，硫酸亚铁和尿素混合溶液的pH为6.2-6.8；在本发明的一些优选实施例中，硫酸亚铁和尿素混合溶液的pH为6.5。