一种环糊精修饰磁性CuO-Fe3O4-生物炭多相纳米催化剂及其修复有机污染的方法

摘要

本发明涉及一种环糊精修饰磁性CuO‑Fe3O4‑生物炭多相纳米催化剂及其修复有机污染的方法，本发明采用FeSO4·7H2O与CuCl2·2H2O为铁源和铜源，落叶、秸秆等为原生质热解得到的生物炭，采用共沉淀+煅烧两步得到了CuO‑Fe3O4‑生物炭多相纳米催化剂，采用羟丙基‑β‑环糊精对其进行修饰。环糊精修饰磁性CuO‑Fe3O4‑生物炭多相纳米催化剂应用在过氧单硫酸盐体系中降解有机污染物，有效解决纳米催化材料的团聚和难以分离等不足，提高了反应位点的相对传质速率和反应位点的化学反应速率，材料的催化活性显著提高，双酚A等有机污染物在30min内达到了完全降解。环糊精修饰磁性CuO‑Fe3O4‑生物炭/过氧单硫酸盐体系实现了吸附与催化降解的协同，强化了有机污染物的去除效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

背景技术

目前，高浓度、难降解的有机污染物的治理依然是严峻的挑战，传统的物理、化学、生物处理方法已不能满足难降解有机废水的处理要求。通过活化过硫酸盐产生活性自由基作为一种新型的高级氧化技术，以硫酸根自由基为主要活性物种来降解污染物，从而达到去除污染物的目的。作为非均相Fenton催化剂，磁铁矿(Fe

发明内容

本发明的目的是，有效解决纳米催化材料的团聚和难以分离、铜离子容易浸出流失等缺陷，本发明提供一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

本发明以生物炭作为载体，采用共沉淀+煅烧法制备了环糊精修饰磁性CuO-Fe

术语说明：

共沉淀法：是指在溶液中含有两种或多种离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。

本发明的技术方案如下：

一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

1)以落叶或秸秆为原生质材料，通过热解方式制备生物炭；

2)将FeSO

3)将中间产物加入羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)溶液中，调整pH为6-7，室温下磁力搅拌反应2-6h，真空干燥，制得环糊精修饰磁性CuO-Fe

根据本发明优选的，热解方式制备生物炭的具体方法如下：

收集落叶或秸秆洗涤去杂，在80℃的烤箱中干燥后，将其磨成粉末，将粉末置于550-650℃的管状炉中，在氮气保护下碳化1-3小时，碳化后得到的黑色粉末去除无机成分，水洗至中性，干燥后即得生物炭。

根据本发明优选的，去除无机成分为将黑色粉末浸泡在1mol/L的盐酸溶液中20-24小时。

根据本发明优选的，所述的落叶为侧柏落叶。

根据本发明优选的，步骤2)中，FeSO

根据本发明优选的，步骤2)中，FeS0

进一步优选的，FeS0

根据本发明优选的，步骤2)中，NaOH溶液的浓度为2-5mol/L，加入NaOH溶液调节体系pH至10-11。

根据本发明优选的，步骤2)中，生物炭的加入量与FeS0

根据本发明优选的，步骤2)中，反应温度为80-100℃，反应时间为3-4h。

根据本发明优选的，步骤3)中，羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)溶液的浓度为30-60g/L。

进一步优选的，羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)溶液的浓度为40g/L。

根据本发明优选的，步骤3)中，中间产物与羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)溶液的质量比为(1-10)：(1-10)。

根据本发明优选的，步骤3)中，磁力搅拌反应时间为4h，真空干燥温度为60℃。

一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

本发明还提供了一种基于环糊精修饰磁性CuO-Fe

步骤1)将环糊精修饰磁性CuO-Fe3O4-生物炭多相纳米催化剂投加至含有机污染物的废水中，将过单硫酸盐溶液加至上述废水中并调节初始pH；在25℃转速为100-400rpm的恒温振荡器中，反应时间为100-140min。

根据本发明优选的，环糊精修饰磁性CuO-Fe3O4-生物炭多相纳米催化剂的用量为0.5-3g/L废水。

根据本发明优选的，过单硫酸盐溶液的加入量使过单硫酸盐浓度为3-5mmol/L。

根据本发明优选的，调节初始pH值用盐酸和氢氧化钠调节pH值为8-10。

本发明还提供了一种基于环糊精修饰磁性CuO-Fe

将环糊精修饰磁性CuO-Fe

根据本发明优选的，环糊精修饰磁性CuO-Fe3O4-生物炭多相纳米催化剂的用量为0.5-3g/L水。

根据本发明优选的，过单硫酸盐溶液的加入量使过单硫酸盐浓度为3-5mmol/L。

根据本发明优选的，调节初始pH值用盐酸和氢氧化钠调节pH值为8-10。

本发明的技术特点及优点：

1、本发明的环糊精修饰磁性CuO-Fe

2、本发明采用共沉淀+煅烧法合成磁性CuO-Fe

3、本发明的多相纳米催化剂用于降解土壤或水体中有机污染物时，CuO、Fe

附图说明

图1为实施例1得到的环糊精修饰磁性CuO-Fe

图2为实施例1得到的环糊精修饰磁性CuO-Fe

图3为实施例1得到的环糊精修饰磁性CuO-Fe

图4为对比不同材料、不同体系中双酚A的去除率图(双酚A浓度20mg/L，材料投加量2.0g/L，过硫酸盐浓度＝5mM，pH＝9.0)

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

1)生物炭的制备

侧柏落叶在80℃的烤箱中干燥后，磨成粉末，将粉末置于600℃的管状炉中，用氮气吹脱碳化2小时，得到的黑色粉末浸泡在1mol/L的盐酸溶液中24小时去除无机成分，水洗至中性，干燥后即得生物炭；

2)环糊精修饰磁性CuO-Fe

称取1.668g的FeSO

所得环糊精修饰磁性CuO-Fe

实施例2：

一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

1)生物炭的制备

侧柏落叶在80℃的烤箱中干燥后，磨成粉末，将粉末置于600℃的管状炉中，用氮气吹脱碳化2小时，得到的黑色粉末浸泡在1mol/L的盐酸溶液中24小时去除无机成分，水洗至中性，干燥后即得生物炭；

2)环糊精修饰磁性CuO-Fe

称取FeSO

实施例3：

一种环糊精修饰磁性CuO-Fe

将环糊精修饰磁性CuO-Fe

实施例4：

一种基于环糊精修饰磁性CuO-Fe

将环糊精修饰磁性CuO-Fe