CN112516964B - 一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用，该氮掺杂生物炭的制备方法包括以下步骤：将再生纸的一部分放入到氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中，静置，去除浸泡在溶液中和未被溶液浸湿的再生纸，所得吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸进行煅烧，洗涤，干燥，得到氮掺杂生物炭。本发明氮掺杂生物炭具有成本低、吸附性能好、催化活性高、稳定性好等优点，是一种新型的生物炭材料，能够实现对有机污染物的高效降解，且重复利用性能好，可以多次循环使用，在去除水体有机污染物方面有很大的优势，使用价值高，应用前景好。本发明制备方法具有工艺简单、操作方便、对设备和反应参数要求不高等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

Description

一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料技术领域和有机污染物的高级氧化处理领域，涉及一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用，具体涉及一种由再生纸制得的氮掺杂生物炭和利用该氮掺杂生物炭活化过硫酸盐降解水体有机物的应用。

背景技术

随着现代社会工农业和城市经济的高速发展，大量有机污染物随着工业废水和生活污水的排放进入污水处理厂，极大增加了污水处理厂的处理负荷。然而，还有一些有机污染物则通过农业生产中使用的农药化肥等随着雨水或地表径流在自然水体环境中迁移、富集，对自然水生态环境造成了巨大威胁。以2,4-二氯苯酚为例，它在农药工业上主要用于生产杀虫剂酚线磷与除草剂噁草酮、甲酯除草醚等，在医药工业上用于也作为重要的化工原料有广泛应用。然而，2,4-二氯苯酚本身具有毒性，会使蛋白质变性从而使细胞失去活性，因而会严重损害人体机能。一般情况下，在水环境中富集的有机污染物会通过多种途径进入人体，造成人体机能紊乱，严重威胁到人类身体健康。因此在环境修复领域，去除水体中的有机污染物已成为重要任务。但是，许多有机污染物很难通过普通的水处理技术得到去除，因而开发具有强氧化能力和处理效率的水处理技术是当前水体有机污染去除领域的重要需求。

国内外已经对水中有机污染物的吸附和催化氧化修复技术进行了深入的研究，其中过硫酸盐高级氧化技术由于具有处理效率高，成本较低且易于操作等诸多特点在高效降解有机物方面有很大的优势。已有大量研究表明过硫酸盐高级氧化技术能高效去除各种难降解有机物，如挥发性有机物、内分泌干扰物、药物及个人护理产物和全氟化物等。一般情况下，过硫酸盐很难直接氧化有机物，但经过活化后，可以产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，降解大部分有机污染物并将其完全矿化。目前主要的活化手段主要分为物理法和化学法。物理法主要包括紫外照射、加热和超声等；化学法主要包括碱、酚类、过渡金属离子以及过渡金属氧化物活化法等。物理法能耗较高，而过渡金属氧化物可重复利用性较差且容易引起二次污染。从可持续发展的角度来看，对环境友好的非金属催化剂将会是一个很好的选择。非金属催化剂尤其是碳材料可完全避免金属离子的二次污染问题，而且还具有易于分离、环境友好且稳定性高的优点，将其用于活化过硫酸盐降解水体有机污染物是很好的选择，但是常用的碳材料如石墨烯、碳纳米管等催化性能仍有待提高，且循环使用能力不强。因此，开发具有高催化、高稳定性的新型功能型碳材料已是大势所趋。

生物炭是一种以生物质为原料衍生出来的碳材料，且由于其具有生物质来源广、成本低、制备简单等诸多特点，已在在环境污染物去除方面有很强的应用前景。目前，生物炭材料在过硫酸盐高级氧化体系中展现的催化能力较弱，这严重限制了其广泛应用。已有研究表明，杂原子(如氮)掺杂可以有效调节生物炭的催化性能，使其具有更高活性，因而选择合适的原材料进行杂原子掺杂改性是开发新型生物炭材料的重要策略。再生纸是一种以废纸为原料，经过分选、净化、打浆、抄造等十几道工序生产出来的纸张，它是生活中随处可见且大量使用的一种资源，如大量使用的纸箱，卷纸的纸筒芯等。每天有大量的再生纸被弃置并进行回收，因此它是一种很好的用于制备生物炭的廉价资源。将再生纸制成功能型生物炭材料符合当今时代废弃物资源利用化的理念。至今为止，尚未见到利用再生纸制备生物炭的相关报道。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附性能好、催化活性高、稳定性好的氮掺杂生物炭及其制备方法，还提供了一种该氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，该应用方法操作简单、降解效率高、运行周期短等优点，能够对水体有机污染物的高效降解。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种氮掺杂生物炭的制备方法，包括以下步骤：

S1、将再生纸的一部分放入到氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中，静置，去除浸泡在溶液中和未被溶液浸湿的再生纸，得到吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸；

S2、将步骤S1中得到的吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸进行煅烧，洗涤，干燥，得到氮掺杂生物炭。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中氮掺杂前驱体与碳酸氢盐的质量比为1∶1；所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中氮掺杂前驱体的浓度为50g/L～70g/L；所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中碳酸氢盐的浓度为50g/L～70g/L。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述氮掺杂前驱体为硫脲和/或尿素；所述碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵中的至少一种。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述再生纸在使用之前还包括以下处理：将再生纸剪为宽度为1cm～3cm的条状纸条，依次采用乙醇和水各洗涤2次～4次，干燥；所述再生纸为包装纸箱和/或纸筒。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述静置的时间为15min～60min。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述煅烧在氮气氛围下进行；所述煅烧过程中的升温速率为5℃/min～8℃/min；所述煅烧的温度为600℃～900℃；所述煅烧的时间为2h～3h；所述洗涤为依次采用乙醇和水各洗涤2次～4次。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种氮掺杂生物炭，所述氮掺杂生物炭由上述的制备方法制得。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用。

上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将氮掺杂生物炭与含有机污染物水体混合，搅拌，加入过硫酸盐进行氧化降解反应，完成对水体中有机物的去除；所述氮掺杂生物炭与水体中有机污染物的质量比为1～8∶1；所述过硫酸盐与水体中有机污染物的质量为1～20∶1。

上述的应用，进一步改进的，所述过硫酸盐为过二硫酸钠或过一硫酸氢钾；所述含有机污染物水体的pH值为2～11；所述含有机污染物水体中有机污染物为酚类污染物、抗生素类污染物或染料污染物；所述酚类污染物为双酚A、苯酚、2,4-二氯苯酚中的至少一种；所述抗生素类污染物为盐酸四环素和/或诺氟沙星；所述染料污染物为罗丹明B和/或甲基橙；所述搅拌过程中的转速为150rpm～300rpm；所述搅拌过程中的温度为15℃～35℃；所述搅拌的时间为60min～120min；所述氧化降解处理过程中的温度为15℃～35℃；所述氧化降解处理的时间为60min～140min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种氮掺杂生物炭的制备方法，以再生纸为原料，利用再生纸自身的毛细作用，将氮掺杂前驱体和碳酸氢盐吸附到再生纸中，其中碳酸氢盐作为络合连接体能够将氮掺杂前驱体络合到再生纸片层孔隙的表面，在此基础上，对吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸进行煅烧，实现对再生纸的碳化和氮掺杂，由此制备得到氮掺杂生物炭。本发明中，利用毛细作用能够避免再生纸自身的孔隙在氮掺杂过程中被过度堵塞，有利于提高催化性能。本发明中，碳酸氢盐还具有腐蚀材料表面的作用，有助于提升生物炭的的比表面积和导电能力，同时有助于氮元素的成功掺杂并提升材料催化性能。本发明制备方法制得的氮掺杂生物炭具有粗糙的表面和片层结构，且由于氮原子的引入，具有丰富的氮掺杂位点和边缘缺陷，如吡啶氮、吡咯氮和石墨氮等，可以为有机物的吸附和催化降解提供丰富的活性位点，因而对过硫酸盐具有高催化活性，可实现有机污染物的有效降解。本发明氮掺杂生物炭具有成本低、吸附性能好、催化活性高、稳定性好等优点，是一种新型的生物炭材料，能够实现对有机污染物的高效降解，且重复利用性能好，可以多次循环使用，在去除水体有机污染物方面有很大的优势，使用价值高，应用前景好。

(2)本发明氮掺杂生物炭的制备方法，以再生纸为原料，成本十分低廉且符合废弃物资源利用化的理念，同时本发明制备方法还具有工艺简单、操作方便、对设备和反应参数要求不高等优点，适合于大规模制备，利于工业化应用。

(3)本发明还提供了一种氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，具体为利用氮掺杂生物炭活化过硫酸盐降解水体中的有机污染物，先利用氮掺杂生物炭自身较大的比表面积和诸多含氮含氧官能团实现对有机污染物的高效吸附，其后通过氮掺杂生物炭对过硫酸盐的活化作用，通过以活化过硫酸盐产生的羟基自由基主导的自由基反应对有机污染物进行降解，且单线态氧也有参与促进降解，因而对有机污染物降解较快，可以实现多种有机物的高效降解去除。以2,4-二氯苯酚为例，氮掺杂生物炭在60min内对100mg/L的2,4-二氯苯酚的吸附去除率可达35％，同时活化过二硫酸钠后，在140min内对100mg/L的2,4-二氯苯酚去除率可达95.7％。同时，本发明去除水体中有机污染物物的方法具有较宽的pH应用范围，在pH为2～11的范围内均具有较好的效率。另外，对于一般过硫酸盐的高级氧化技术而言，催化剂在使用后都很容易失活，而本发明中以氮掺杂生物炭作为催化剂时，在循环使用3次后，对污染物的去除效果仍能保持在90％，远优于其他技术。本发明应用方法具有操作简单、降解效率高、运行周期短等优点，能够对水体有机污染物的高效降解，对于有效去除环境中的有毒有害污染物具有十分重要的意义。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中制备的氮掺杂生物炭的扫描电镜图。

图2为本发明实施例1中制备的氮掺杂生物炭的拉曼光谱图。

图3为本发明实施例1中制备的氮掺杂生物炭的N1s的X射线高分辨光电子能谱图。

图4为本发明实施例4中不同温度下制备的氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚的降解效果图。

图5为本发明实施例5中氮掺杂生物炭分别活化过二硫酸钠和过一硫酸氢钾时对水体中的2,4-二氯苯酚的降解效果图。

图6为本发明实施例6中氮掺杂生物炭在不同pH条件下活化过二硫酸钠对水体中的2,4-二氯苯酚的降解效果图。

图7为本发明实施例7中氮掺杂生物炭重复活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚的降解效果图。

图8为本发明实施例8中氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚、罗丹明B、甲基橙、盐酸四环素的降解效果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

实施例1：

一种氮掺杂生物炭的制备方法，以再生纸为原料，碳酸氢盐为络合连接体，氮掺杂前驱体作为氮源，通过煅烧后制备得到，包括以下步骤：

(1)首先将卷纸中的废弃纸筒剪成宽为1.5cm的纸条，用乙醇和超纯水分别冲洗3次后于60℃下烘干备用。

(2)将0.9g尿素和0.9g碳酸氢钠溶解于15mL超纯水中配置成混合溶液(尿素和碳酸氢钠的浓度均为60g/L)。将步骤(1)中纸条的下端约1cm长度浸入上述溶液保持半小时，使溶液通过毛细作用力吸附到纸纤维的表面。完成吸附后，把浸泡在溶液里的部分舍弃(本发明，浸泡在溶液中的部分会堵塞再生纸本身的孔隙结构，从而降低生物炭的比表面积和催化性能)，将上段被毛细作用力浸湿的部分收集(顶端未被浸湿的部分舍弃)，即为吸附有尿素和碳酸氢钠的再生纸。

(3)将步骤(2)中得到的再生纸在管式炉中，于氮气氛围中以5℃/min的升温速率升温到700℃下煅烧2h，所得材料研磨后用乙醇和超纯水分别洗涤三次，在60℃下烘干即可得到氮掺杂的生物炭。

对本发明实施例1中制得的氮掺杂生物炭进行扫描电镜(SEM)成像观察，结果如图1所示。该氮掺杂生物炭具备片层堆叠结构，且表面粗糙，可为该生物炭的吸附和催化提供大量附着位点。

对本发明实施例1中制得的氮掺杂生物炭进行拉曼光谱分析，结果如图2所示。在1360cm^-1和1604cm^-1处可观察到两个明显的峰，分别对应于碳材料中的D峰和G峰。D峰来源于碳材料的无序化结构，而G峰则表示石墨化的sp2碳网。这两个峰的存在表示该材料主体为碳材料。而且由于G峰强度大于G峰，表明本发明制得的氮掺杂生物炭石墨化程度较高。

对本发明实施例1中制得的氮掺杂生物炭进行N1s的X射线高分辨光电子能谱分析，结果如图3所示。N 1s的高分辨谱可以明显分为四个峰，在398.5eV、400.5eV、401.6eV、407.4eV处分别对应于吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和氮氧化物四个氮物种。这些丰富的氮物种表明氮元素已经被成功掺杂到生物炭的碳网络中，即本发明氮掺杂生物炭的制备方法是有效可行的，而且这些丰富的含氮官能团可以提供大量的活性位点，大大增强生物炭的吸附和催化活性，有助于其在环境领域的应用。

实施例2：

一种氮掺杂生物炭的制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：实施例2中煅烧的温度为600℃。

实施例3：

一种氮掺杂生物炭的制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：实施例3中煅烧的温度为800℃。

实施例4：

一种氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，具体为利用不同煅烧温度下制备的氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠降解水体中的2,4-二氯苯酚，包括以下步骤：

按照氮掺杂生物炭与溶液中2,4-二氯苯酚的质量比为2∶1，将实施例1-3中制备的氮掺杂生物炭，分别加入到100mg/L的2,4-二氯苯酚溶液中，在25℃下以200rpm的震荡速率对混合溶液进行吸附处理，时长为60min，达到吸附平衡后，按照过二硫酸钠与2,4-二氯苯酚的质量比为20∶1，加入过二硫酸钠，在25℃下以200rpm的震荡速率继续对混合溶液进行氧化降解处理，处理时长为140min。处理结束后，将氮掺杂生物炭与溶液分离，实现催化剂回收，完成对有机物2,4-二氯苯酚的降解。

本实施例中，在吸附反应进行的0min、60min以及氧化降解反应进行的10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min时取样测定混合溶液中剩余2,4-二氯苯酚的浓度，并计算不同时间对应的去除率。

图4为本发明实施例4中不同温度下制备的氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚的降解效果图。由图4可知，在煅烧温度为600℃、700℃和800℃的条件下得到的氮掺杂生物炭在经过60min吸附和140min氧化降解后对2,4-二氯苯酚的去除率分别为94.3％、95.7％和92.8％，这说明通过本发明制备方法得到的氮掺杂生物炭对有机物具有很强的催化效果，同时也说明本发明在不同煅烧温度下制得的氮掺杂生物炭均具备高催化性能，即对制备过程中的温度要求不严苛，有利于大规模生产。

实施例5：

一种氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，具体为利用氮掺杂生物炭活化过硫酸盐(过二硫酸钠、过一硫酸氢钾)降解水体中的2,4-二氯苯酚，包括以下步骤：

按照氮掺杂生物炭与溶液中2,4-二氯苯酚的质量比为2∶1，将实施例1中制备的氮掺杂生物炭加入到100mg/L的2,4-二氯苯酚溶液中，在25℃下以200rpm的震荡速率对混合溶液进行吸附处理，时长为60min，达到吸附平衡后，按照过硫酸盐与2,4-二氯苯酚的质量比为20∶1，分别加入过硫酸盐(过二硫酸钠、过一硫酸氢钾)，在25℃下以200rpm的震荡速率继续对混合溶液进行氧化降解处理，处理时长为140min。处理结束后，将氮掺杂生物炭与溶液分离，实现催化剂回收，完成对有机物2,4-二氯苯酚的降解。

本实施例中，在吸附反应进行的0min、60min以及氧化降解反应进行的10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min时取样测定混合溶液中剩余2,4-二氯苯酚的浓度，并计算不同时间对应的去除率。。

图5为本发明实施例5中氮掺杂生物炭分别活化过二硫酸钠和过一硫酸氢钾时对水体中的2,4-二氯苯酚的降解效果图。由图5可知，活化过一硫酸氢钾时，140min内对2,4-二氯苯酚的去除率为85.8％，而活化过二硫酸钠时在140min内，去除率为95.7％，表明本发明氮掺杂生物炭可以有效活化多种过硫酸盐，且能够实现对有机污染的有效降解。

实施例6：

一种氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，具体为利用氮掺杂生物炭在不同pH条件下活化过二硫酸钠降解水体中的2,4-二氯苯酚，包括以下步骤：

按照氮掺杂生物炭与溶液中2,4-二氯苯酚的质量比为2∶1，将实施例1制备的氮掺杂生物炭，分别加入到pH值为2.05、4.03、6.08、8.03、11.00的2,4-二氯苯酚溶液(这些溶液的浓度均为100mg/L)中，在25℃下以200rpm的震荡速率对混合溶液进行吸附处理，时长为60min，达到吸附平衡后，按照过二硫酸钠与2,4-二氯苯酚的质量比为20∶1，加入过二硫酸钠，在25℃下以200rpm的震荡速率继续对混合溶液进行氧化降解处理，处理时长为140min。处理结束后，将氮掺杂生物炭与溶液分离，实现催化剂回收，完成对有机物2,4-二氯苯酚的降解。

本实施例中，在吸附反应进行的0min、60min以及氧化降解反应进行的10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min时取样测定混合溶液中剩余2,4-二氯苯酚的浓度，并计算不同时间对应的去除率。

图6为本发明实施例6中氮掺杂生物炭在不同pH条件下活化过二硫酸钠对水体中的2,4-二氯苯酚的降解效果图。由图6可知，在酸性条件下对2,4-二氯苯酚的去除率较高，在pH分别为2.05、4.03、6.08时，140min内对2,4-二氯苯酚的去除率分别为85.2％、87.0％和95.7％。虽然在碱性条件下去除率比酸性条件下低，但整体去除率仍较好，pH分别为8.03和11.00时，140min内对2,4-二氯苯酚的去除率分别为76.6％和59％，表明本发明利用氮掺杂生物炭活化过硫酸盐降解水体中有机物的方法相比传统的芬顿氧化技术，有很宽的pH适用范围，更有利于在实际水体中的应用。

实施例7：

考察氮掺杂生物炭的可重复利用性，具体为：利用氮掺杂生物炭重复活化过二硫酸钠降解水体中的2,4-二氯苯酚，包括以下步骤：

(1)按照氮掺杂生物炭与溶液中2,4-二氯苯酚的质量比为2∶1，将实施例1制备的氮掺杂生物炭，加入到浓度为100mg/L的2,4-二氯苯酚溶液，在25℃下以200rpm的震荡速率对混合溶液进行吸附处理，时长为60min，达到吸附平衡后，按照过二硫酸钠与2,4-二氯苯酚的质量比为20∶1，加入过二硫酸钠，在25℃下以200rpm的震荡速率继续对混合溶液进行氧化降解处理，处理时长为140min。处理结束后，将氮掺杂生物炭与溶液分离，实现催化剂回收，完成对有机物2,4-二氯苯酚的降解。

(2)将上述步骤(1)中的氮掺杂生物炭经过滤与溶液分离后，用乙醇和超纯水分别洗涤三次，于60℃下真空干燥。将干燥后的氮掺杂生物炭重复上述步骤(1)所述过程和本步骤(2)的过程，以此实现氮掺杂生物炭的循环回收和利用。

本实施例中，在吸附反应进行的0min、60min以及氧化降解反应进行的10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min时取样测定混合溶液中剩余2,4-二氯苯酚的浓度，并计算不同时间对应的2,4-二氯苯酚的去除率。

图7为本发明实施例7中氮掺杂生物炭重复活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚的降解效果图。从图7中可以看出，第一、二、三次使用时，2,4二氯苯酚的降解率分别为95.7％、92.8％和90.0％。即使循环使用了三次，其催化性能也只下降了5.7％，这说明本发明制备的氮掺杂生物炭在活化过硫酸盐过程中具有很强的可重复率用性能，可以大大节约实际应用时的成本。

实施例8：

一种氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用，具体为利用氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠降解水体中的多种有机物(2,4-二氯苯酚、罗丹明B、甲基橙、盐酸四环素)，包括以下步骤：

按照氮掺杂生物炭与溶液中有机物的质量比为2∶1，将实施例1制备的氮掺杂生物炭，分别加入到100mg/L的2,4-二氯苯酚溶液、50mg/L罗丹明B溶液、50mg/L甲基橙溶液、50mg/L盐酸四环素溶液中，在25℃下以200rpm的震荡速率对混合溶液进行吸附处理，时长为60min，达到吸附平衡后，按照过二硫酸钠与2,4-二氯苯酚的质量比为20∶1，加入过二硫酸钠，在25℃下以200rpm的震荡速率继续对混合溶液进行氧化降解处理，处理时长为140min。处理结束后，将氮掺杂生物炭与溶液分离，实现催化剂回收，完成对有机物2,4-二氯苯酚的降解。

本实施例中，在吸附反应进行的0min、60min以及氧化降解反应进行的10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min时取样测定混合溶液中剩余有机物的浓度，并计算不同时间对应的有机物的去除率。

图8为本发明实施例8中氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠对2,4-二氯苯酚、罗丹明B、甲基橙、盐酸四环素的降解效果图。由图8可知，氮掺杂生物炭活化过二硫酸钠对酚类、染料以及抗生素等多种有机物都有很好的去除效果，在140min内，对2,4-二氯苯酚、罗丹明B、甲基橙、盐酸四环素的去除率分别为95.7％、67.5％、85.3％和78％。同时，有图8可知，去除罗丹明B时主要通过氮掺杂生物炭的吸附作用实现的，去除甲基橙和盐酸四环素时主要通过加入过二硫酸钠后的氧化降解作用实现的。虽然对不同有机污染物的去除效果有差异，但整体而言均体现效率均很高，这说明本发明氮掺杂生物炭去除水体中有机污染物的方法对多种有机物都有普适性。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种氮掺杂生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将再生纸的一部分放入到氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中，静置15min～60min，去除浸泡在溶液中和未被溶液浸湿的再生纸，得到吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸；所述再生纸在使用之前还包括以下处理：将再生纸剪为宽度为1cm～3cm的条状纸条，依次采用乙醇和水各洗涤2次～4次，干燥；所述再生纸为包装纸箱和/或纸筒；所述碳酸氢盐为碳酸氢钠；所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中氮掺杂前驱体与碳酸氢盐的质量比为1∶1；所述氮掺杂前驱体为硫脲和/或尿素；

S2、将步骤S1中得到的吸附有氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的再生纸进行煅烧，洗涤，干燥，得到氮掺杂生物炭。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中氮掺杂前驱体的浓度为50g/L～70g/L；所述氮掺杂前驱体和碳酸氢盐的混合溶液中碳酸氢盐的浓度为50g/L～70g/L。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述煅烧在氮气氛围下进行；所述煅烧过程中的升温速率为5℃/min～8℃/min；所述煅烧的温度为600℃～900℃；所述煅烧的时间为2h～3h；所述洗涤为依次采用乙醇和水各洗涤2次～4次。

4.一种氮掺杂生物炭，其特征在于，所述氮掺杂生物炭由权利要求1～3中任一项所述的制备方法制得。

5.一种如权利要求4所述的氮掺杂生物炭在去除水体中有机污染物中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将氮掺杂生物炭与含有机污染物水体混合，搅拌，加入过硫酸盐进行氧化降解反应，完成对水体中有机物的去除；所述氮掺杂生物炭与水体中有机污染物的质量比为1～8∶1；所述过硫酸盐与水体中有机污染物的质量为1～20∶1。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述过硫酸盐为过二硫酸钠或过一硫酸氢钾；所述含有机污染物水体的pH值为2～11；所述含有机污染物水体中有机污染物为酚类污染物、抗生素类污染物或染料污染物；所述酚类污染物为双酚A、苯酚、2,4-二氯苯酚中的至少一种；所述抗生素类污染物为盐酸四环素和/或诺氟沙星；所述染料污染物为罗丹明B和/或甲基橙；所述搅拌过程中的转速为150rpm～300rpm；所述搅拌过程中的温度为15℃～35℃；所述搅拌的时间为60min～120min；所述氧化降解处理过程中的温度为15℃～35℃；所述氧化降解处理的时间为60min～140min。

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