[發明專利]一種具有核殼結構的金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210562261.7
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115025797B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 邵琰;陳煥浩;王露陽;韓昶羽;金奇杰
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;南京溙科新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;B01J35/10;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 韓正玉;徐冬濤

本發明屬于納米催化劑的技術領域，公開了一種具有核殼結構的金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料及其制備方法和應用，該材料以有序介孔碳為基材，具有納米級粒徑金屬分散在碳氮殼層，包覆有序介孔碳催化材料及其制備方法。該催化材料以金屬摻雜有序介孔碳為基材，通過加入含氮聚合物充分混合均勻，含氮聚合物包覆在金屬摻雜有序介孔碳表面，經二次炭化后形成具有金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料，其中金屬負載量在0.1～5wt％。該催化劑的制備方法制備工藝易控，重復性好，能夠保證制備的催化劑活化性穩定，而且催化劑的載量容易控制，制備效率高。

技術領域

本發明涉及一種具有核殼結構的金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料及其制備方法和應用，屬于納米材料和催化領域。

研究背景

抗生素作為治療疾病的有效藥物被廣泛用于醫藥、畜牧業及水產業中，由于大多數抗生素為水溶性物質，因此多達30％～90％的母體化合物可通過排泄物進入環境中，對人類健康和生態系統構成潛在風險。抗生素生產廢水是一類富含生物毒性物質和難降解有機物的高濃度有機廢水，一直是國內外廢水治理研究的難點和熱點。目前規模化應用存在主要問題是降解效率低、催化劑不易回收，因此開發高效的催化材料成為一項重要研究課題。金屬催化劑的粒徑大小和分散程度影響催化劑的活性，超小納米級粒徑金屬催化劑因為其超高的金屬利用率，在諸多反應中表現出優越反應性能。催化劑載體對金屬催化劑起到穩定和保護作用，因而非常重要。介孔材料有高比表面積及孔隙結構(2-50nm)，能有效提高傳質和反應物的擴散。通常情況下，金屬催化劑負載在介孔材料孔內，容易堵塞孔結構，不利于反應物的進出，增大傳質和擴散阻力。因而，關于如何實現在介孔材料表面實現分散均勻的金屬催化劑的負載，并且負載量可調的報道仍很少。

發明內容

本發明目的是針對抗生素廢水處理現狀及存在問題，提出一種金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料，其能夠高效快速降解有機廢水。

一種具有核殼結構的金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料，該催化材料以金屬摻雜有序介孔碳為基材，通過加入氮源充分混合均勻，氮源包覆在金屬摻雜有序介孔碳表面，經二次炭化后形成具有金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料，金屬負載量在0.1～5wt％。

本發明技術方案中：金屬摻雜有序介孔碳中金屬源是Fe源、Co源、Ni源中的至少一種。

在一些具體的技術方案中：所述的Fe源為六水合氯化鐵，所述的Co源為六水合氯化鈷，所述的Ni源為六水合氯化鎳。

本發明技術方案中：氮源為尿素或三聚氰胺中的一種。

一種上述的金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料的制備方法，該材料制備方法如下：

(1)金屬摻雜有序介孔碳的制備

將模板劑和間苯二酚分別溶解在無水乙醇和去離子水中，并混合均勻，加入鹽酸后緩慢加入甲醛溶液，持續攪拌反應直至溶液出現分層，靜置后倒掉上層清液；在下層聚合物中加入金屬源，攪拌至完全混合均勻，經干燥、碳化后得到金屬/有序介孔碳材料；

(2)金屬碳氮層包覆有序介孔碳催化材料的制備

取步驟(1)中的金屬/有序介孔碳材料，加入氮源以及去離子水，攪拌10～12h，烘干，研磨，在管式爐氮氣氣氛中二次升溫進行碳化，得到金屬摻雜碳氮層包覆有序介孔碳催化材料。

上述方法中：步驟(1)中甲醛溶液加入的速度為40～60μl/s，甲醛溶液的質量分數為30～40％。

上述方法中：步驟(1)中模板劑、間苯二酚、甲醛溶液和金屬源的質量比為1：(1～3)：(1～2)：(0.1～1)。

上述方法中：步驟(1)中模板劑和無水乙醇的質量比為1：(1-2)，模板劑為F127(聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷為三嵌段共聚物，西格瑪公司)。