一种g-C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及水处理技术领域，具体涉及过硫酸盐高级氧化技术中的一种g

【技术实现步骤摘要】
一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及水处理
，具体涉及过硫酸盐高级氧化技术中的一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]如今，随着人们生活水平的提高，越来越多的各种新型难降解的有机污染物进入水体，包括药物和个人护理产品等，传统的水处理技术已经不能满足对这类污染物的有效去除，高级氧化技术为降解这类污染物打开了新的视野。
[0003]高级氧化技术因能够产生高活性的自由基，被用于降解难降解有机污染物。基于单原子催化氧化可溶性氧化剂的高级氧化技术，因能够产生极强的自由基或者衍生的非自由基，对有机污染物进行高效的去除受到研究者的青睐，尤其是基于过硫酸盐的高级氧化技术，因比过氧化氢有更好的稳定性，且更利于储存和运输，成为当前的研究热点。目前，活化过硫酸盐的方式主要有热活化、光活化、过渡金属活化等，这些活化方式中前两者耗能大，后者存在金属离子泄漏，造成二次污染的风险。因此，开发一种新型高催化活性的催化剂，活化过硫酸盐，实现难降解有机污染物的高效快速降解成为当前研究的难点。
[0004]单原子催化剂金属原子利用率最高。催化活性位点几何结构均一，可避免因活性组分组成和结构不均匀而导致的副反应，从而显著提高目标产物的选择性，能够很好地鉴定催化活性中心，并且具有不饱和的配位环境。此外，单原子催化剂兼具高活性、高选择性和可循环使用的优点，这些特性赋予了单原子催化剂优越的催化性能，使其成为催化领域的研究热点。在单原子催化剂中，基于铁的单原子催化剂越来越受关注，因其绿色环保且高效的特点，已成为各种应用的潜在候选物，如药物检测和污染物降解等。其中，在降解水环境中有毒性和持久性的新兴有机污染物方面优势显著。然而，单原子由于其比表面能大，容易迁移团聚，制备的单原子金属催化剂负载量往往较低，使其在合成上存在诸多挑战。设计制备具有高活性、高选择性和高稳定性的新型单原子催化剂，逐渐引起了研究者广泛的关注。但目前还没有一个比较普适的方法来合成单原子催化剂。因此，单原子金属催化剂面临的首要挑战，是如何制备出孤立的并能稳定存在的单原子催化剂降解有机污染物。
[0005]蒽环类抗生素，如盐酸阿霉素、盐酸柔红霉素、柔红霉素和表阿霉素等，是典型的抗肿瘤药物，广泛用于多种癌症的治疗，尤其是盐酸霉素(DOX)的使用更为广泛。然而，因其在人体内的代谢差，在医院废水和自然水体中检测到高浓度盐酸阿霉素的存在。同时，DOX还具有可生物降解性差、危险性高、致突变、致畸或致癌残留等特点，会对生态系统和人类造成长期的副作用。因此，迫切需要对DOX污染介质进行修复，将其潜在的生态风险降到最低。几年来，阿霉素的处理方法，包括膜处理技术、光氧化、电化学还原等，尽管这些技术具有去除DOX的潜力，但严格的操作条件或较低的效率限制了它们的大规模应用。
[0006]综上所述，开发一种新型的稳定的单原子催化剂活化过硫酸盐用于降解水体中蒽环类抗生素十分必要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种氮化碳负载单原子铁催化剂的制备方法与基于该材料的活化过硫酸盐快速降解水中有机物的应用。
[0008]该催化剂为固相催化剂，结构为二维薄层状结构，具有催化剂成本低，原子利用率、催化活性高且稳定性强等特点。
[0009]本专利技术提供的具体技术方案如下：一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
[0010]步骤1：常温常压下，将一定量的氮源放置于管式炉在空气、氮气或氩气保护下，升温速率为2～10℃/min，升温至400～550℃后煅烧2～4h，然后冷却至室温，研磨得到前驱体。
[0011]步骤2：将步骤1得到的前驱体与金属盐、金属盐配体加入到去离子水和乙醇的混合液中，在60～100℃下混合15～30h至溶剂挥发完全。
[0012]步骤3：将步骤2得到的固体物质干燥，研磨后放入管式炉中，在氮气或氩气保护下，升温速率2～10℃/min，升温至600～1000℃高温煅烧1～4h，然后冷却至室温后用浓盐酸或浓硝酸浸泡，去离子水清洗得到一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂。
[0013]作为优选的，步骤1中所述的氮源为三聚氰胺、尿素、二氰二胺、硫脲的任意一种或几种。
[0014]作为优选的，步骤2中所述的金属盐为Fe(NO3)3·
9H2O、FeCl3·
6H2O、Fe(OH)(CH3COO)2、FeSO4·
2H2O中的任意一种。
[0015]作为优选的，步骤2中所述的金属盐配体为琼脂糖或者邻二氮菲。
[0016]作为优选的，步骤2中所述的前驱体与所述的金属盐的质量比为3～70:1，
[0017]进一步优选的，所述的前驱体与所述的金属盐的质量比为3～7:1。
[0018]作为优选的，步骤2中所述的金属盐与所述的金属盐配体的质量比为1～6:1。
[0019]作为优选的，步骤2中所述的去离子水与所述的乙醇的体积比为1～5:1。
[0020]作为优选的，步骤3中，升温速率为2～5℃/min，煅烧温度为600～800℃。
[0021]本专利技术制备的一种g
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C3N4为载体的铁单原子催化剂为二维薄层状形貌，其铁单原子的负载量在0.01～7wt％。
[0022]本专利技术还提供了一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂通过活化过硫酸盐快速降解水中抗生素的应用方法，其具体技术方案如下：
[0023]将g
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C3N4为载体的铁单原子催化剂加入到含有抗生素的待处理废水中，废水的pH在2～9，污染物浓度在5～200mg/L，随后立即加入过硫酸盐溶液，充分搅拌，引发反应，降解废水中的蒽环类抗生素等有机污染物。
[0024]作为优选的，所述的过硫酸盐为过氧化单硫酸钾盐(PMS)或者过氧化二硫酸钾盐(PDS)，反应体系中所述的过硫酸盐的质量浓度为0.02～0.31g/L(优选0.075～0.18g/L)，所述地过硫酸盐以溶液形式加入，g
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C3N4为载体的铁单原子催化剂与过硫酸盐的质量比为0.02～5:1(优选0.06～1.34:1)。
[0025]该应用的技术方案中，可处理的污染介质包括：染料类、抗生素类、溶剂类、农药类、内分泌干扰素类、阻燃剂类、药品与个人护理品类、全氟类、多环芳烃类和多氯联苯类，尤其对于受药品与个人护理品类、苯酚、对氯苯酚污染水体，受染料污染水体，受硝基苯污
染水体，受内分泌干扰素污染水体，受农药污染水体效果更好。
[0026]本专利技术中未指明温度均在室温下进行。
[0027]本专利技术采用配体配位金属配合物和高温热解含氮模板制备铁单原子催化剂，用于过硫酸盐高级氧化技术降解有机污染物，其对现有技术的有益效果和优点如下：
[0028]1、本专利技术制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)常温常压下，将一定量的氮源放置于管式炉在空气、氮气或氩气保护下，升温速率为2～10℃/min，升温至400～550℃后煅烧2～4h，然后冷却至室温，研磨得到前驱体；(2)将步骤1得到的所述的前驱体与金属盐、金属盐配体加入到去离子水和乙醇的混合液中，在60～100℃下混合15～30h至溶剂挥发完全；(3)将步骤2得到的固体物质干燥，研磨后放入管式炉中，在氮气或氩气保护下，升温速率2～10℃/min，升温至600～1000℃高温煅烧1～4h，然后冷却至室温后用浓盐酸或浓硝酸浸泡，去离子水清洗得到一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂。2.如权利要求1所述的一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的氮源为三聚氰胺、尿素、二氰二胺、硫脲的任意一种或几种。3.如权利要求1所述的一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的金属盐为Fe(NO3)3·
9H2O、FeCl3·
6H2O、Fe(OH)(CH3COO)2、FeSO4·
2H2O中的任意一种。4.如权利要求1所述的一种g
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C3N4负载的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的金属盐配体为琼脂糖或者邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐凤琳，苏文珍，王新竹，刘佳，杨秀培，何承煜，李欣燃，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：发明
国别省市：