[發明專利]一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110339087.5
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113083345A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王琳淞;祝凌燕;蔚曉勇;楊麗萍;匡柳凝;何俊生;黃嘉洛;劉宏志;葉永秀
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/72;C02F101/34
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本發明公開了一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法，涉及納米材料非均相催化領域。步驟如下：將碳材料置于圓底燒瓶內，加入去離子水與濃硝酸得到混合體系。將混合體系置于超聲波清洗儀超聲，使其充分混合后進行冷凝回流，在旋轉蒸發儀上進行減壓蒸發并烘干后，于管式爐中進行高溫煅燒并氨化，最終得到一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑。本發明提供一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法，并將該催化劑應用到過硫酸鹽活化降解酚類化合物的反應體系中。本發明提出的方法成本低廉、催化劑性能卓越，為高級氧化技術的發展提供新的思路，為難降解廢水提供一種容易實現、技術先進、機理清晰的處置方法。

技術領域：

本發明涉及催化材料及環境應用領域，具體為一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法。

背景技術：

酚類物質作為常見的化工原料與中間體，在廢水中廣泛存在，有效處理含酚污水是我國水環境工作中刻不容緩的艱巨任務。因此開發新型、高效、經濟的降解酚類物質的工藝手段對于人類健康與自然環境有著巨大的意義。

國內外對難降解廢水的傳統處理方法主要有生物法、物化法和氧化法。而著研究的深入，高級氧化技術(Advanced Oxidation Processes,AOPs)應運而生，并具有顯著優勢。近年來，基于硫酸根自由基^●SO₄^-的新型非均相類芬頓體系則由于其具有與羥基自由基^●OH體系相近的氧化能力且具有傳統Fenton體系沒有的pH適用范圍廣，半衰期長，選擇性好等優點，受到了的廣泛關注。

過硫酸鹽存在多種激活方式，包括熱激活、紫外光激活、過渡金屬激活、堿激活、碳基復合材料激活、超聲激活等。通過外加能量的激活方式普遍存在性價比低的問題，催化效率不顯著，但耗能巨大。金屬基催化劑又存在資源稀缺、成本高、浸出金屬的生物毒性等缺點。碳基材料作為一種可替代過渡金屬氧化物的非金屬碳催化劑(Metal-free carbonmaterials,MFCMs)，以吸附與催化協同作用促進對過硫酸鹽的活化，在重復再生后其表面含氧官能團、化學物質含量及微觀形態無顯著變化，從而能夠保證其長期有效的吸附能力，因而具有優異的穩定性及可重復利用性。本發明以炭黑、生物炭為碳基材料，來源廣泛、成本低廉、易于改性。

為了進一步提高MFCMs的性能，對其進行適當的剪裁，集中于提高其給電子和轉移能力是必不可少的，通常有以下四種改性方法：(1)缺陷引入；(2)雜原子摻雜；(3)碳配置調整；(4)孔結構與表面官能團調控。缺陷引入會扭曲和雜交的電子狀態分布，可以增加更多活性位點，而雜原子摻雜則是以引入不同種類及催在的雜原子(N、S、B、P等)，通過增加碳材料缺陷邊緣、改善電子遷移率及電子密度有效改變碳材料的結構及性質。本專利使用了上述兩種改性。

本專利采用炭黑、活性炭或生物炭等碳基材料作為負載模板制備一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑，采用煅燒和氨氣活化的方法，成功地將缺陷引入及雜原子摻雜在簡單的步驟中同時應用于催化劑改性當中，發明出一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法，并將該催化劑應用到過硫酸鹽活化降解酚類化合物的反應體系中。通過此方法合成的碳基催化劑成本低廉、性能卓越，能夠催化過硫酸鹽高級氧化反應進行，使污染物高效降解。為類Fenton催化反應在廢水處理方面的應用提供了良好的材料基礎和改性方法。

1.本發明通過以下技術方案實現上述目的：一種含缺陷活性位點的氮摻雜碳基材料催化劑的制備方法，其具體步驟如下：

1)將一定碳材料置于圓底燒瓶內，加入去離子水和濃硝酸。

2)將1)中混合體系置于超聲波清洗儀超聲，50～100℃冷凝回流0.5～4h。

3)將2)中混合液旋蒸，在60℃～80℃鼓風干燥箱干燥。