一种分子笼包覆金属核壳材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种分子笼包覆金属核壳材料及其制备方法与应用，包括分子笼的制备、金属吸附、分子笼金属包覆物的还原、包覆物的高温煅烧等步骤。本发明专利技术将电催化制备的高浓度过氧化氢首次原位应用到污水治理邻域，是一种基于脉冲电催化制备过氧化氢直接原位处理污水的研究。的研究。的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种分子笼包覆金属核壳材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电催化脉冲，原位水体治理
，具体涉及一种分子笼包覆金属核壳材料及其制备方法与制备过氧化氢以及水处理应用。

技术介绍

[0002]随着在工业高度发达的时代，各种国际卫生事件频发造成资源短缺、环境污染、生态破坏等三大问题的存在严重危及到人类的生存。目前，环境污染已经称为全球关注的热点。造成的各类严重水体污染、海洋污染等。主要具有突发性、面积大、持续时间长以及危害严重等特点严重危害到地球生态平衡以及人们的衣食住行。因此，污水问题已经成为全人类共同努力且要迫切解决的目标。通常选择活波金属作为催化氧还原制备过氧化氢的反应，活性过高容易发生四电子反应往往导致直接生成水，现有技术采用惰性金属作为电催化剂制备过氧化氢，因为活性较差而导致催化效率低下难以实现催化反应；而一些的碳基材料，往往因为活性不够需要负载和处理而增加催化剂的不稳定性与制备的复杂程度。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开一种电脉冲法制备高浓度过氧化氢的方法，制备的过氧化氢直接应用于污水处理，从而解决了过氧化氢本身的氧化性不足导致处理污水不彻底的问题。因为市电催化制备过氧化氢，只需要有水有电即可就地制备解决了过氧化氢免于运输不安全的问题；而且过氧化氢处理污水的优点是只有水和氧气或者氢气的产物，不会导致二次污染，环保，安全。本研究为未来制备高浓度过氧化氢和原位处理污水的实际应用奠定基础。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种分子笼包覆金属核壳材料，包括金属及分子笼，金属位于分子笼内；所述分子笼的分子量为800
‑
1500；金属包括过渡金属，优选第一系列过渡金属。
[0005]一种多孔碳球包覆金属催化剂，由上述分子笼包覆金属核壳材料煅烧得到。
[0006]本专利技术将分子笼前体与金属前驱物混合后进行还原反应，得到分子笼包覆金属核壳材料；再将所述分子笼包覆金属核壳材料煅烧得到所述多孔碳球包覆金属催化剂。优选的，分子笼前体与金属前驱物在溶剂中混合0.1
‑
1天，然后加入还原物质进行还原反应1
‑
5小时，得到分子笼包覆金属核壳材料，进一步的，还原反应结束后，进行离心洗涤、干燥，得到分子笼包覆金属核壳材料；溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、甲醇等。将所述分子笼包覆金属核壳材料在400
‑
550℃煅烧2
‑
5小时，获得掺杂杂原子的多孔碳球包覆金属催化剂。
[0007]本专利技术中，分子笼前体含有碳氮双键，还原为碳氮单键，得到还原的分子笼；优选的，本专利技术分子笼前体的化学结构式如下：
分子笼的化学结构式如下：金属前驱物为金属盐，一般为水溶性无机金属盐，比如硝酸铁，硫酸铁，氯化铁，氯化锌，硝酸锌，硝酸镍等。
[0008]本专利技术依次经过制备分子笼前体、吸附金属、分子笼前体金属包覆物的还原、分子笼金属包覆物的高温煅烧的步骤，得到多孔碳球包覆金属催化剂。本专利技术以均苯三甲醛和环己二胺在三氟乙酸的催化下制备分子笼前体；均苯三甲醛、环己二胺、三氟乙酸的摩尔比为1∶（1.5
‑
2）∶（0.3
‑
0.7）。作为示例，分子笼前体的制备为，1,2
‑
环己二胺和苯
‑
1,3,5
‑
三甲醛（均苯三甲醛）混合在有机溶剂中，搅拌下，滴入三氟乙酸，然后覆盖，室温下搅拌反应形成分子笼；随后，用洗涤溶剂洗涤，过滤、干燥，以获得CC1分子笼。有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷等有机溶剂，反应时间为1
‑
4天；反应结束后，洗涤溶剂为丙酮、二氯甲烷、酒精、乙酸乙酯等，洗涤次数为3
‑
8次。
[0009]本专利技术中，分子笼前体吸附金属前驱物后进行还原反应，得到分子笼包覆金属核壳材料。作为示例，在三氯甲烷、二氯甲烷、甲醇等有机溶剂中加入分子笼前体、金属前驱
物，吸附时间为0.1
‑
1天；吸附结束后，加入还原性物质反应1
‑
5h；用溶剂离心洗涤样品，离心溶剂为二氯甲烷、酒精、乙酸乙酯、水等，洗涤溶剂为二氯甲烷、酒精、乙酸乙酯等，洗涤次数为3
‑
8次；洗涤结束干燥样品，干燥温度为60
‑
110℃，干燥时间为6
‑
24小时。金属前驱物例如：硝酸铁，硫酸铁，氯化铁，氯化锌，硝酸锌，硝酸镍等。干燥后，产品在400
‑
550℃管式炉中处理3
‑
4小时，最终获得掺杂杂原子的多孔碳球包覆金属催化剂。
[0010]本专利技术公开了上述分子笼包覆金属核壳材料或者多孔碳球包覆金属催化剂在制备过氧化氢和/或污水处理中的应用，具体的，多孔碳球包覆金属作为电催化剂。
[0011]本专利技术公开了一种制备过氧化氢的方法，以上述多孔碳球包覆金属催化剂为电催化剂，在H型电解池中制备过氧化氢，优选脉冲电催化制备过氧化氢。
[0012]本专利技术公开了一种污水处理方法，以上述多孔碳球包覆金属催化剂为电催化剂，在H型电解池中进行污水处理，优选脉冲电催化进行污水处理。
[0013]本专利技术的多孔碳球包覆金属催化剂作为电催化剂应用于脉冲电催化制备过氧化氢或者脉冲电催化制备过氧化氢的同时进行有机污染物污水处理。具体的，电催化剂与碳粉、粘接剂、溶剂混合均匀，直接滴涂在碳纸、碳布或碳毡表面作为工作电极，优选工作电极上，电催化剂的密度为0.03
‑
0.1mg/cm2。电催化剂、碳粉、粘接剂、溶剂的用量比例为（1
‑
5mg）∶（1
‑
5mg）∶（10
‑
20μL）∶（300
‑
800μL）。
[0014]本专利技术脉冲电催化制备过氧化氢或者脉冲电催化制备过氧化氢的同时进行有机污染物污水处理时，脉冲的电压为 0.3
‑
1 V（Vs RHE），脉冲宽度0.1
‑
100 s，脉冲间隙0.1
‑
100 s，电催化时间2
‑
50 h。
[0015]本专利技术电催化制备过氧化氢的同时实现处理污水的功能，并且在处理污水/电脉冲制备过氧化氢的同时，向其中直接添加水体中经常存在的离子，检查其是否影响过氧化氢的制备，不同时间段取样检测污染物是否降解彻底。具体的，水体中经常存在的离子有钙、镁、钠、钾、硫酸根、硝酸根、氯离子等，添加量为5
‑
100 ppm，不影响本专利技术制备过氧化氢。过氧化氢可原位对于污水中有机污染物的降解。
[0016]本专利技术电催化制备的过氧化氢是一种优合适的绿色溶液，能够消除有害细菌、有机分子、味道和气味，不留下任何残留物。超氧羟基自由基和羟基自由基被认为是水处理的高活性介质，羟基自由基在水介质中的寿命很短（纳秒），因此会自动从处理系统中清除。具有弱羟基自由基自由能的电催化剂对双电子路径，选择性较高。强的羟基自由基自由能应足够强，以使水分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子笼包覆金属核壳材料，包括金属及分子笼，其特征在于，金属位于分子笼内；所述分子笼的分子量为800
‑
1500。2.根据权利要求1所述分子笼包覆金属核壳材料，其特征在于，金属包括过渡金属。3.权利要求1所述分子笼包覆金属核壳材料的制备方法，其特征在于，将分子笼前体与金属前驱物混合后进行还原反应，得到分子笼包覆金属核壳材料。4.根据权利要求3所述分子笼包覆金属核壳材料的制备方法，其特征在于，分子笼前体含有碳氮双键；金属前驱物为金属盐。5.一种多孔碳球包覆金属催化剂，其特征在于，由权利要求1所述分子笼包覆金属核壳材料煅烧得到。...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建美，贺竞辉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：