【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机污染物降解领域，特别是涉及一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜用于流通式电芬顿降解有机污染物。
技术介绍
1、随着工农业的高速发展，持久性污染物对水污染治理造成了巨大挑战。膜过滤技术具有能耗低、操作简便、截留效率高、对环境友好等优点，是一种高效水净化技术。然而，污染物堵塞和膜污损是降低膜性能的两个不可避免的问题，这导致传统膜过滤技术对持久性污染物的去除效果总是差强人意。为了解决上述问题，将膜技术与电芬顿技术耦合成膜电芬顿是一种可行的途径。一方面，废水中的污染物和沉积在膜上的污垢可以被电芬顿产生的羟基自由基(·oh)降解；另一方面，与传统的批量电化学相比，电芬顿膜作为流动膜电极可以显著提高污染物去除过程的动力学和效率。尽管有这些优势，但催化剂的高成本、易电化学腐蚀和不稳定结构等问题限制了膜电芬顿技术的发展。
2、碳质材料因其低廉的价格、良好的导电性和耐腐蚀性引起了研究人员的兴趣。然而，传统碳质材料因sp3杂化碳的缺少，过氧化氢的生成效率低，极大地限制了其在膜电芬顿系统中的应用。目前的研究表明，氮掺杂可以提高碳材料的费米能级，增强ooh·中间体的吸附，促进过氧化氢的生成。其中聚丙烯腈(pan)因其高含氮量和良好的热稳定性而成为n掺杂碳的有吸引力的前驱体。将其通过电纺和碳化过程形成由氮掺杂碳纳米纤维组成的多孔膜，这种膜具有高比表面积、高导电性和优异的机械强度。然而这样的氮掺杂碳电芬顿膜仍存在过氧化氢利用率差、适用ph范围窄等问题。因此，探索新的改性方法以提高其过氧化氢活化率和ph应用范
3、过渡金属(如fe、mn)因其d轨道价电子的能量与空间的分布特性而具有优异的过氧化氢活化能力。考虑到金属物种和氮掺杂碳纳米纤维的优势，将金属物种与氮掺杂碳材料相结合，通过碳骨架和金属中心之间的协同作用能够有效地提高电芬顿阴极膜的催化降解能力。然而，碳表面本质化学惰性往往导致金属与碳载体之间的弱相互作用，这不可避免地导致电子转移效率低和活性金属浸出等问题。此外，在高温碳化过程中，过弱的金属物种与载体间相互作用会导致金属颗粒的迁移和团聚，从而抑制催化性能的提升。因此，如何在增强金属颗粒和氮掺杂碳之间的作用力的同时，抑制高温碳化过程中金属烧结现象的出现，是一个提高电芬顿性能的研究方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜用于流通式电芬顿降解有机污染物，以解决
技术介绍
中的上述问题。本专利技术公开了具有强金属载体作用力(smsi)的新型femn/n-cnf多孔阴极膜，与iro2/ruo2-ti电极组合构建流通式反应器，可在广泛的ph范围内对多种有机污染物进行高效电芬顿降解。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：提供一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜，由氮掺杂碳纳米纤维高度连接而成，其中fe-mn双金属晶体呈现超细颗粒状均匀包覆于氮掺杂碳纳米纤维中。
4、所述的一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜孔径为100～2000nm，氮掺杂碳纳米纤维直径为20-200nm，fe-mn双金属纳米颗粒粒径为3-5nm。
5、本专利技术技术方案之二：提供一种上述锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
6、以锰源和铁源作为前驱体，反应，制备得到铁锰层状双氢氧化物；
7、以所述铁锰层状双氢氧化物为金属源，与聚丙烯腈混合，通过静电纺丝制备femnldhs/pan纳米纤维膜；
8、对所述femn ldhs/pan纳米纤维膜进行碳化处理，得到所述氮掺杂碳纳米纤维膜。
9、优选地，所述制备方法如下：
10、将锰源、铁源溶于水中，加入尿素和nh4f，得到混合溶液，加热，得到铁锰层状双氢氧化物；
11、将所述铁锰层状双氢氧化物和聚丙烯腈溶解在dmf中，得到纺丝液，进行静电纺丝，收集得到femn ldhs/pan纳米纤维膜；
12、对所述femn ldhs/pan纳米纤维膜进行预氧化处理后，进行碳化处理，得到所述氮掺杂碳纳米纤维膜。
13、将pan与femn ldhs混合静电纺丝后，通过预氧化方式达到增强机械强度的目的，最后在隔绝氧气的条件下碳化得到femn/n-cnf多孔膜。
14、优选地，所述锰源为氯化锰，所述铁源为氯化铁；所述锰源、铁源、尿素和nh4f的摩尔比为10-20:40-50:20-30:10-20；所述加热为在110-130℃加热10-15h。
15、优选地，所述铁锰层状双氢氧化物与聚丙烯腈的质量比为0.01-0.10:1-10。
16、优选地，所述静电纺丝的电压为10-15kv，流速为0.01-0.02ml·min-1，湿度为10-20％，温度为20-30℃。
17、优选地，所述预氧化处理为在空气气氛下，以1-5℃·min-1升温至200-250℃后预氧化30-60min；所述碳化处理为在n2气氛下，以1-5℃·min-1升温至600-1200℃后碳化30-120min。
18、本专利技术技术方案之三：提供一种流通式电芬顿反应器，以上述的锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜作为阴极，iro2/ruo2-ti电极作为阳极；所述流通式电芬顿反应器施加电压为-0.3～-0.8v，纯水通量为0.5～2ml·cm-2·min-1。
19、本专利技术技术方案之四：提供一种上述的流通式电芬顿反应器在降解有机污染物领域的应用。
20、本专利技术的有益技术效果如下：
21、本专利技术提供了一种超细铁锰双金属纳米颗粒锚定的氮掺杂碳纳米纤维(femn/n-cnf)多孔膜。经本专利技术研究后发现，铁锰双金属之间的合金效应显著增加了金属-氮键的数量，实现了铁锰双金属颗粒与n-cnf之间的强相互作用。这样的smsi在高温碳化过程中诱导了碳层对铁锰金属颗粒的包覆，进而保证了金属颗粒的超细特征。此外，本专利技术基于femn/n-cnf多孔膜设计了一种重力驱动的新型流动式膜电芬顿系统，该系统能够在宽ph值范围(3-9)内稳定高效降解罗丹明b，在60min内实现了90％以上降解效率。制备的femn/n-cnf多孔膜由高度连接的纳米纤维组成，femn/n-cnf具有多孔道特征，为流动式膜电芬顿系统重力驱动运行提供了先决条件。
22、本专利技术公开了一种具有smsi效应的新型femn/n-cnf多孔阴极膜，可在广泛的ph范围内对多种有机污染物进行高效电芬顿降解。在高温碳化过程中，smsi诱导的碳封装结构促使n-cnf内形成超细femn双金属纳米颗粒，进而提高了活性位点的数量。同时，smsi的存在促进了femn双金属纳米颗粒与n-cnf载体之间的电子转移，加强了多孔膜的电芬顿反应活性。此外，碳封装结构防止活性femn本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锚定超细Fe-Mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜，其特征在于，氮掺杂碳纳米纤维高度连接多孔结构，Fe-Mn双金属晶体呈现超细颗粒状均匀包覆于氮掺杂碳纳米纤维中。
2.根据权利要求1所述的一种锚定超细Fe-Mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜，其特征在于，所述膜孔径为100～2000nm，氮掺杂碳纳米纤维直径为20-200nm，Fe-Mn双金属纳米颗粒粒径为3-5nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种锚定超细Fe-Mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锰源为氯化锰，所述铁源为氯化铁；所述锰源、铁源、尿素和NH4F的摩尔比为10-20:40-50:20-30:10-20；所述加热为在110-130℃加热10-15h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁锰层状双氢氧化物与聚丙烯腈的质量比为0.01-0.10:1-10。
7.根据
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化处理为在空气气氛下，以1-5℃·min-1升温至200-250℃后预氧化30-60min；所述碳化处理为在N2气氛下，以1-5℃·min-1升温至600-1200℃后碳化30-120min。
9.一种流通式电芬顿反应器，其特征在于，以权利要求1或2所述的锚定超细Fe-Mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜作为阴极，IrO2/RuO2-Ti电极作为阳极；所述流通式电芬顿反应器施加电压为-0.3～-0.8V，纯水通量为0.5～2mL·cm-2·min-1。
10.一种权利要求9所述的流通式电芬顿反应器在降解有机污染物领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜，其特征在于，氮掺杂碳纳米纤维高度连接多孔结构，fe-mn双金属晶体呈现超细颗粒状均匀包覆于氮掺杂碳纳米纤维中。
2.根据权利要求1所述的一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜，其特征在于，所述膜孔径为100～2000nm，氮掺杂碳纳米纤维直径为20-200nm，fe-mn双金属纳米颗粒粒径为3-5nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种锚定超细fe-mn双金属纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锰源为氯化锰，所述铁源为氯化铁；所述锰源、铁源、尿素和nh4f的摩尔比为10-20:40-50:20-30:10-20；所述加热为在110-130℃加热10-15h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂新满，吴朋轩，吕心顶，张立，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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