离子热碳化制备Fe/N共掺杂生物炭及其催化性能研究

季翔宇, 刘武军, 俞汉青

现代化工 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3) : 85 -91.

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现代化工 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3) : 85-91. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.03.018
科研与开发

离子热碳化制备Fe/N共掺杂生物炭及其催化性能研究

    季翔宇, 刘武军, 俞汉青
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Ion-thermal carbonization of biomass to construct Fe/N-doped biochar for catalytic degradation of organic pollutants

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摘要

以铁基离子液体[BMIm]FeCl4和木质纤维类生物质废弃物为前驱体,采用离子热碳化方法制得铁/氮共掺杂生物炭(Fe-N/BC)催化剂,并对其性质进行了表征。研究了Fe-N/BC催化剂活化过一硫酸盐(PMS)处理有机污染物罗丹明B和双酚A的性能,并对Fe-N/BC催化剂进行了吸附实验、催化动力学实验和自由基淬灭实验。结果表明,Fe-N/BC为包覆有铁金属纳米颗粒的氮掺杂石墨化碳材料,空泡结构和发达的孔隙结构使其具有很强的吸附性能,60 min后才达到吸附平衡,吸附50%的双酚A;加入氧化剂过一硫酸盐后,30 min后对双酚A的降解率达到95.5%,远远快于氮掺杂生物炭(N/BC)材料和生物炭(BC)。Fe-N/BC活化PMS降解双酚A过程中对pH不敏感,反应方式主要通过非自由基路径实现。

Abstract

Using ionic liquid[BMIm]FeCl4 and lignocellulosic biomass wastes as precursors,iron/nitrogen co-doped biochar (Fe-N/BC) catalysts are prepared via a two-step ion-thermal carbonization process,and analyzed via various physicochemical methods.The as-prepared Fe-N/BC catalysts are employed to activate permonosulfate (PMS) for degrading rhodamine B and bisphenol A.The adsorption experiments,catalytic kinetics experiments and free radical quenching experiments are carried out to evaluate the catalytic performance of Fe-N/BC catalysts.It is indicated that Fe-N/BC catalysts show a high efficiency in the activation of PMS to degrade organic pollutants,much higher than the biochar materials without Fe or N doping.The degradation process of pollutants by Fe-N/BC activated PMS is insensitive to pH,and non-radical pathway is identified as the main mechanism for the degradation of pollutants.

关键词

过一硫酸盐(PMS) / 非自由基路径 / 双酚A(BPA) / 生物炭 / 非均相类芬顿催化剂

Key words

permonosulfate / non-radical pathway / bisphenol A / biochar / heterogeneous Fenton catalyst

Author summay

季翔宇(1996-),男,硕士研究生,研究方向为废弃生物质利用,july@mail.ustc.edu.cn;刘武军(1985-),男,博士,研究员,研究方向为可持续化学与工程,通讯联系人,liuwujun@ustc.edu.cn。

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离子热碳化制备Fe/N共掺杂生物炭及其催化性能研究[J]. , 2022, 42(3): 85-91 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.03.018

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