[發(fā)明專利]一種基于表面氧缺陷構建的分子氧活化催化劑的制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108380195B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 朱建;呂品;何結紅;李和興
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J23/34;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

本發(fā)明公開了一種基于表面氧缺陷構建的分子氧活化催化劑的制備方法及其應用，其中該方法包括以下步驟：1)、在常溫、常壓下，將固體氧化物和含醛基的糖按質量比4:1～1:4的混合比例進行混合研磨，充分研磨后平鋪在石英舟中，并將石英舟置于管式爐中；2)、管式爐中通入含氫氣氛后，采用程序升溫的方式進行高溫煅燒；3)、待步驟2)得到的產物經程序降溫冷卻后取出研磨成粉末狀，得到表面氧缺陷含量可控的碳包裹的氧化物材料：C@MOx，其中，M為Ti、Mn或Si元素，x的值根據(jù)M元素的氧化態(tài)決定。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于表面氧缺陷構建的分子氧活化催化劑的制備方法及其應用，屬于環(huán)境材料技術領域。

背景技術

分子氧大量存在于空氣中，是最純凈和綠色的氧化劑，但基態(tài)的氧分子很穩(wěn)定，難以與有機污染物分子直接反應。而由分子氧活化而產生的活性氧物種(ROS,ReactiveOxygen Species)，如超氧自由基(·O₂^-)、羥基自由基(·OH)和單線態(tài)氧(¹O₂)等，則具有極強的氧化能力，幾乎能夠完全降解大部分有機污染物。目前，對分子氧的活化主要有三種方式：1)在貴金屬(氧化物)晶體特定晶面吸附解離O₂；該方式成本較高并且特定晶面的合成難以控制；2)光催化活化分子氧，氧原子遷移交換機理；該方式需要光源輔助且對活化的機理仍然存在很大的爭議；3)利用表面氧缺陷(SOVs,Surface Oxygen Vacancies)吸附和激發(fā)O₂；該方法是近幾年發(fā)展的全新的技藝，具有綠色環(huán)保且易于實施的特點。從目前現(xiàn)有的機理上來說，分子氧的活化與其在催化劑表面的吸附結構緊密相關，吸附構型決定了電子轉移路徑，而催化劑表面的原子結構又決定了吸附位點特征，從而決定了分子的吸附構型。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種基于表面氧缺陷構建的分子氧活化催化劑的制備方法，其通過形成活性氧物種，進而對水體中的有機污染物進行去除和降解。

其所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實施。

一種基于表面氧缺陷構建的分子氧活化催化劑的制備方法，該分子氧活化催化劑用于黑暗條件下水體中污染物的去除與降解，包括以下步驟：

1)、在常溫、常壓下，將固體氧化物和含醛基的糖按質量比4:1～1:4的混合比例進行混合研磨，充分研磨后平鋪在石英舟中，并將石英舟置于管式爐中；

2)、管式爐中通入含氫氣氛后，采用程序升溫的方式進行高溫煅燒；

3)、待步驟2)得到的產物經程序降溫冷卻后取出研磨成粉末狀，得到表面氧缺陷含量可控的碳包裹的氧化物材料：C@MOx，其中，M為Ti、Mn或Si元素，x的值根據(jù)M元素的氧化態(tài)決定。

作為本技術方案的進一步改進，所述固體氧化物為金屬氧化物或非金屬氧化物。

也作為本技術方案的進一步改進，所述含醛基的糖為葡萄糖、果糖或核糖。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一，所述金屬氧化物為TiO₂或MnO₂；所述非金屬氧化物為SiO₂。

更進一步，所述TiO₂為銳鈦礦和金紅石混相結構，得到的表面氧缺陷含量(即氧空位的濃度占總氧元素的濃度的百分數(shù))控制在5～20％，表面碳層的厚度為1-5nm。

此外，所述研磨時間最好為5-30min。

還作為本技術方案的進一步改進，所述含氫氣氛為H₂，或H₂所占的體積比例為5％-20％的H₂/Ar混合氣。