本技术涉及催化材料制备技术,特别是一种磁性回收型黄铁矿/木质素生物炭纳米复合材料的制备方法及其应用。该复合材料由Fe构成,具有优异的磁性和催化性能,可通过磁力回收,适用于多种催化反应场景。
背景技术
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基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(PMSAOPs)具有较强的氧化能力和较高的稳定性,是当前有机污染物修复的重要工艺之一。通过热、超声波、紫外光、碱性物质或催化剂对PMS进行活化,可以形成各种活性氧物种(ROS),如硫酸根(SO4
·-
)、羟基(·OH)和超氧(·O2
-
)自由基、单线态氧(1
O2
)等。除了传统的活化方法外,PMS的活化还可采用光热和压电等新方法。在各种活化方法中,固相催化剂活化具有操作条件温和、无需额外能量输入、催化剂易于回收等优点,具有突出的应用潜力。
非化学计量比的硫化铁(Fe1-X
S)被认为是一种很有前途的PMS活化剂,原因如下:(1)Fe1-x
S中铁离子的低释放量可避免活性氧物种(ROS)被其猝灭;(2)富电子结合态≡S2-
的存在加速了Fe3+
向Fe2+
的循环,为后续活化反应提供充足Fe2+
,从而产生丰富的SO4
·-
;(3)Fe1-X
S显著的磁响应使其能够简便地从溶液体系中分离出来,简化了其回收和重复使用。目前Fe1-X
S的制备方法主要包括化学共沉淀法、水热/溶剂热法、固相法、电化学法、热分解法、气固反应法和微波辅助合成法。但这些方法存在反应条件复杂、设备要求高、制备价格高、难以控制所得样品的粒径、纯度、难以实现对材料性能的灵活调控等。
木质素是木质纤维素生物质中的主要成分之一,广泛存在于植物细胞壁中,作为自然界中最丰富的芳香族生物聚合物之一,约占全球每年生成的生物质的30%。由于其结构复杂且含有丰富的芳香环和含氧官能团,木质素在传统工业中大多被视为废弃物或低值燃料,但其化学潜力使其成为高值化利用的理想原料。木质素基生物炭(L-BC)由于其高碳含量、复杂的芳香环结构、丰富的孔隙率以及表面活性官能团,表现出优异的物化性能。与普通生物质生物炭(BC)相比,木质素基生物炭具有更高的化学稳定性和碳固定能力,更丰富的孔隙结构带来更好的吸附性能,尤其是在吸附重金属和有机污染物方面。此外,其良好的电化学性能使其在储能和电极材料应用中具有更大的潜力。因此,木质素基生物炭在环境修复、污染控制和能源存储等领域具有广泛的应用前景。然而传统生物炭制备工艺过程中存在的高温、限氧、时间长、制备过程易产生挥发性二次污染物、生物炭产物纯度不稳定等问题极大制约材料的性能和应用。
因此,提供一种将两种具有优势性能的材料采用新型制备方法进行复合,制备新型磁黄铁矿/木质素基生物炭复合材料(Fe1-x
S/L-BC),并用于高级氧化体系处理污染物具有重要意义。
实现思路