本發(fā)明涉及類芬頓催化劑，尤其涉及一種鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、金屬有機框架材料(mofs)具有高比表面積、可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)和豐富的活性位點等優(yōu)勢，有潛力創(chuàng)新現(xiàn)有的深度水處理技術(shù)，其原位產(chǎn)生的活性物種可有效降解污染物，因而mofs在去除ppcps污染領(lǐng)域具有較大潛力。然而由于水穩(wěn)定性的mofs材料較少，并且部分mofs材料的活性位點較少不足以活化過一單硫酸鹽（pms），應(yīng)更進一步對其進行調(diào)控。mofs衍生的碳材料既能保持mofs原有的孔道結(jié)構(gòu)，也能增加活性位點提升水穩(wěn)定性，其中zif-8（類沸石咪唑酯骨架材料）具有很好的水穩(wěn)定性且易制備，但是由于其仍存在催化性能缺陷，在芬頓反應(yīng)中缺少活化氧化劑比如pms的活性位點，需要進一步調(diào)控設(shè)計可以高效水凈化的新型結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用，通過孔道限域策略，將co元素引入到zif-8金屬有機框架中然后熱解以制備出高效的類芬頓催化劑，從而幫助活化pms增強其類芬頓性能。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、將2-甲基咪唑與無水甲醇混合超聲分散均勻制備成溶液a；

4、s2、將六水合硝酸鋅、乙酰丙酮鈷和無水甲醇混合超聲分散均勻制備成溶液b；

5、s3、將溶液a和溶液b超聲混合后反應(yīng)，分離得到沉淀，并用無水甲醇清洗干凈，干燥得到第一產(chǎn)物；

6、s4、將第一產(chǎn)物、2-甲基咪唑和無水甲醇超聲分散均勻后放入高壓滅菌器里反應(yīng)；之后將離心分離得到固體產(chǎn)物并清洗干凈，干燥，得到第二產(chǎn)物；

7、s5、將第二產(chǎn)物放入石英舟中置于管式爐加熱煅燒，之后自然冷卻至室溫得到催化劑。

8、進一步的，s1中2-甲基咪唑與無水甲醇的用量比為48mmol：100ml。

9、進一步的，s2中六水合硝酸鋅、乙酰丙酮鈷（ⅲ）與無水甲醇的用量比為12mmol：3.5mmol：100ml。

10、進一步的，s3中溶液a和溶液b混合后超聲10min后，在65℃條件下反應(yīng)24h；干燥溫度為60℃，干燥時間8h。

11、進一步的，s4中第一產(chǎn)物、2-甲基咪唑和無水甲醇的用量比為1g：1g：50ml。

12、進一步的，s4高壓滅菌器內(nèi)反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間4h；干燥后固體產(chǎn)物用無水甲醇清洗，并在65℃下干燥8h。

13、進一步的，s5管式爐以5?℃/min的升溫速度加熱至1000?℃，并在1000?℃下保溫1h。

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種上述方法得到的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑。

15、第三方面，本發(fā)明提供了一種上述鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑在處理污水中諾氟沙星的應(yīng)用，將鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑和pms同時加入含諾氟沙星的污水中。

16、進一步的，鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑與pms的質(zhì)量比為2:15。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

18、本發(fā)明通過孔道限域策略將乙酰丙酮鈷限域到六水合硝酸鋅和二甲基咪唑合成的zif-8中通過熱解進得到co摻雜的碳材料，既保留原有zif-8的孔道結(jié)構(gòu)并且引入了co，通過步驟s4對co進行瞄定，使其在zif框架中配位穩(wěn)定形成活性位點，形成co-n-c單原子位點，大幅度增強其活化pms的性能，降低了活化pms的反應(yīng)能量，從而促進pms分解產(chǎn)生活性氧高效降解有機污染物。

技術(shù)特征：

1.一種鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s1中2-甲基咪唑與無水甲醇的用量比為48mmol：100ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s2中六水合硝酸鋅、乙酰丙酮鈷與無水甲醇的用量比為12mmol：3.5mmol：100ml。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s3中溶液a和溶液b混合后超聲10min后，在65℃條件下反應(yīng)24h；干燥溫度為60℃，干燥時間8h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s4中第一產(chǎn)物、2-甲基咪唑和無水甲醇的用量比為1g：1g：50ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s4高壓滅菌器內(nèi)反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間4h；干燥后固體產(chǎn)物用無水甲醇清洗，并在65℃下干燥8h。

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，s5管式爐以5?℃/min的升溫速度加熱至1000?℃，并在1000?℃下保溫1?h。

8.權(quán)利要求1-7任一項所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑的制備方法得到的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑。

9.權(quán)利要求8所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑在處理污水中諾氟沙星的應(yīng)用，其特征在于：將鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑和過一單硫酸鹽同時加入含諾氟沙星的污水中。

10.權(quán)利要求9所述的鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑在處理污水中諾氟沙星的應(yīng)用，其特征在于：鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑與過一單硫酸鹽的質(zhì)量比為2:15。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈷原子衍生碳材料類芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用，涉及類芬頓催化劑技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過孔道限域策略將乙酰丙酮鈷限域到六水合硝酸鋅和二甲基咪唑合成的ZIF?8中通過熱解進得到Co摻雜的碳材料，既保留原有ZIF?8的孔道結(jié)構(gòu)并且引入了Co，形成Co?N?C單原子位點，大幅度增強其活化PMS的性能，降低了活化PMS的反應(yīng)能量，從而促進PMS分解產(chǎn)生活性氧高效降解有機污染物。

技術(shù)研發(fā)人員：李響,裴尚坤,王博,馮霄,辛寶平
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)唐山研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10