一种具有Fe-N

一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于水处理技术领域，涉及一种可修复菲污染水体的高级氧化催化剂，具体涉及一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.菲作为多环芳烃的一种，具有难降解、致畸、致癌、致突变的特点，属于持久性有机污染物，威胁范围较广。其对称结构及共轭作用等因素决定其静电势较为均匀，化学性质稳定，难以去除。通常使用高级氧化手段，通过生成的自由基等活性物种对菲进行氧化，可实现其高效降解。目前所使用的金属单原子掺杂高级氧化催化剂具有配位数低、易脱落等缺点，不利于重复使用，因此开发一种高配位数金属单原子掺杂催化剂活化过硫酸氢钾氧化降解菲对多环芳烃污染水体治理至关重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的之一是提供一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，合成简单。
4.本发明的目的之二是提供上述方法制得的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂，能高效活化过硫酸氢钾生成单线态氧降解水中的菲。
5.本发明的目的之三是提供上述具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的应用，可高效降解水中的菲，成本低，无二次污染且稳定性强。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将乙酰丙酮铁和氮蒽溶解于甲醇中，超声分散后静置20-30分钟，得到溶液a；
9.(2)将聚二氨基吡啶前驱体和氯化锌加入步骤(1)得到的溶液a中，超声分散10-20分钟后在50℃下搅拌至溶液完全蒸干，得到固体b；
10.(3)将步骤(2)得到的固体b研磨成粉，放入氮气保护的管式炉中进行程序升温碳化，得到固体c；
11.(4)将步骤(3)得到的固体c洗涤后干燥过夜，得到具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂。
12.优选的，步骤(1)中所述乙酰丙酮铁、氮蒽的摩尔比为1：2。
13.优选的，步骤(2)中所述乙酰丙酮铁与聚二氨基吡啶前驱体的质量比为1：20，聚二氨基吡啶前驱体与氯化锌的质量比为1：1。
14.优选的，步骤(3)中所述程序升温碳化的步骤为：首先从室温升至600℃，保持2h后再升温至800℃，保持2h，最终随炉冷却，全程升温速率为5℃/min。
15.优选的，步骤(4)中所述洗涤的步骤为：用稀盐酸溶液和去离子水各清洗3次。
16.第二方面，本发明还提供由上述制备方法制得的一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n
催化剂。
17.所述c/n催化剂包括碳化后的c/n催化剂骨架和负载在其表面及内部的fe-n
7.6
活性位点。
18.第三方面，本发明还提供上述具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂在催化降解菲中的应用。
19.具体地，将催化剂加入待处理含菲废水中，然后加入过硫酸氢钾(pms)溶液，并在室温下搅拌反应2-3小时。其中，所述菲在体系中的浓度为1mg/l，催化剂的加入量为0.1g/l，过硫酸氢钾在体系中的浓度为5mmol/l。
20.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
21.1.本发明的催化剂合成简单且成本较低，能实现工业化生产；
22.2.本发明的催化剂能够通过活化过硫酸氢钾生成单线态氧快速降解水中的菲，催化效率高，无二次污染，且重复使用多次后效果提升，具有较高的经济性和实用性。
附图说明
23.图1为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的扫描电镜照片；
24.图2为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂活化过硫酸氢钾降解菲的降解曲线；
25.图3为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂活化过硫酸氢钾生成单线态氧(1o2)的电子顺磁共振谱图；
26.图4为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂稳定性试验。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
28.实施例1
29.称取50mg乙酰丙酮铁和50.746mg氮蒽溶解于30ml甲醇中，超声分散5min后静置30min，并定容至50ml，得到溶液a；称取1g聚二氨基吡啶前驱体和1gzncl2，加入溶液a，超声10min后在50℃下磁力搅拌至溶液完全蒸干，得到黑色固体b，研磨后放入管式炉，在氮气保护下进行焙烧，升温程序为：首先从室温升至600℃，保持2h后再升温至800℃，保持2h，最终随炉冷却，全程升温速率为5℃/min。得到的黑色固体c经研磨，并用0.1mol/l稀盐酸溶液和去离子水各清洗3次后放置在105℃鼓风干燥箱中干燥过夜，得到具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂(7.6是指配位数，意思是一个fe和周围的7.6个n配位)。
30.表1为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的exafs co-k边拟合参数；由表1可看出催化剂表面存在fe-n
7.6
活性位点，表明成功合成目标产物。
31.表1exafs co-k边拟合参数(s
02
＝0.77)
[0032][0033]
表2为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的元素组成及含量；由表2可看出催化剂中成功负载fe元素。
[0034]
表2催化剂所含元素及含量
[0035][0036]
图1为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的扫描电镜照片；由图1可看出催化剂表面及断层处均存在丰富的多级孔结构。
[0037]
实施例2
[0038]
将1mg实施例1制备的催化剂加入菲浓度为1mg/l的含菲废水10ml中，然后加入15.4mg过硫酸氢钾，并在室温下搅拌反应2h。
[0039]
图2是本实施测得的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂活化过硫酸氢钾降解菲的降解曲线，从图2可以看出，仅在过硫酸氢钾存在情况下，测得菲的降解率不超过20％，而在具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂和过硫酸氢钾同时存在情况下，测得2小时内菲的降解率为81.65％，该复合催化剂能够通过活化过硫酸钠快速降解水中的菲，催化效率高。
[0040]
图3为本发明实施例1制备的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂活化过硫酸氢钾生成单线态氧(1o2)的电子顺磁共振谱图，由图3可以看出，具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂活化过硫酸氢钾过程中生成了单线态氧，可作为氧化物种氧化降解菲。
[0041]
实施例3
[0042]
将2mg实施例1制备的催化剂加入菲浓度为1mg/l的含菲废水10ml中，然后加入15.4mg过硫酸氢钾，并在室温下搅拌反应2h，测得菲的降解率为78.6％。
[0043]
实施例4
[0044]
将4mg实施例1制备的催化剂加入菲浓度为1mg/l的含菲废水10ml中，然后加入15.4mg过硫酸氢钾，并在室温下搅拌反应2h，测得菲的降解率为80.6％。
[0045]
实施例5
[0046]
将100mg实施例1制备的催化剂加入菲浓度为1mg/l的含菲废水1l中，加入1.54g过硫酸氢钾，室温下搅拌反应2h后取样检测菲的降解率并离心得到催化剂，使用去离子水和乙醇清洗数次，105℃下真空干燥后再次进行上述反应，如此重复四次，得到四次的降解率分别为81.65％、92.55％、85.8％、89.55％。图4表明催化剂在重复使用过程中均具有较高的降解率，稳定性较好。

技术特征：
1.一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将乙酰丙酮铁和氮蒽溶解于甲醇中，超声分散后静置20-30分钟，得到溶液a；(2)将聚二氨基吡啶前驱体和氯化锌加入步骤(1)得到的溶液a中，超声分散10-20分钟后在50℃下搅拌至溶液完全蒸干，得到固体b；(3)将步骤(2)得到的固体b研磨成粉，放入氮气保护的管式炉中进行程序升温碳化，得到固体c；(4)将步骤(3)得到的固体c洗涤后干燥过夜，得到具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述乙酰丙酮铁、氮蒽的摩尔比为1：2。3.根据权利要求1所述的一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述乙酰丙酮铁与聚二氨基吡啶前驱体的质量比为1：20，聚二氨基吡啶前驱体与氯化锌的质量比为1：1。4.根据权利要求1所述的一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述程序升温碳化的步骤为：首先从室温升至600℃，保持2h后再升温至800℃，保持2h，最终随炉冷却，全程升温速率为5℃/min。5.根据权利要求1所述的一种具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述洗涤的步骤为：用稀盐酸溶液和去离子水各清洗3次。6.权利要求1至5任一项所述的制备方法制得的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂。7.权利要求6所述的具有fe-n
7.6
活性位点的c/n催化剂在催化降解菲中的应用。8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将催化剂加入待处理含菲废水中，然后加入过硫酸氢钾溶液，并在室温下搅拌反应2-3小时。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述菲在体系中的浓度为1mg/l，催化剂的加入量为0.1g/l，过硫酸氢钾在体系中的浓度为5mmol/l。

技术总结
本发明公开了一种具有Fe-N


技术研发人员：黄少萌 王丽萍 金韬 伍林 滕乐 何士龙
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/7