一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂及其制备方法与应用，将氮

【技术实现步骤摘要】
一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂及其应用


[0001]本专利技术属于催化剂领域，具体涉及一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂及其应用。

技术介绍

[0002]过渡金属元素活化过一硫酸盐(PMS)原位生成活性氧物种(ROS)的高级氧化技术迅速发展，但传统过渡金属催化剂存在原子利用率低、PMS活化效率低和金属离子易溶出等问题。铁单原子催化剂(Fe SAC)是一种环境友好、高活性、高原子利用率的新型催化剂。Fe SAC可以通过活化PMS生成ROS，有效去除对氯酚和抗生素。但由于载体与金属原子之间的相互作用力弱及其锚定位点种类多样等原因，Fe SAC存在金属载量低、配位构型多样、活化PMS生成ROS的产量和选择性低等问题。相对于氮原子而言，硫原子表现出较大的共价半径和较低的电负性，通过调控硫原子与活性中心铁原子之间的配位构型，改变Fe
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N
X
活性中心的电子结构而产生离域效应，增强Fe SAC的催化活性和选择性。但目前“自上而下”和“自下而上”法所得的Fe SAC中配位S原子呈现随机分布，使得活性中心Fe原子的含量和配位构型可控性均不理想。我们发现通过增加Fe原子载量和调控Fe、S原子之间的配位构型等策略，优化PMS生成ROS的结合能和反应路径，提高Fe SAC对PMS的活化效率和ROS的产量及选择性。因此，发展一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的制备方法，有望实现绿色高效去除水中有机污染物方面的应用，并降低治理废水的成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂及其应用。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的制备方法，所述硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂通过以下步骤制备得到：
[0006]S1：将三聚氰胺溶于去离子水中得到三聚氰胺溶液；将三聚氰酸溶于去离子水得到三聚氰酸溶液；将醋酸亚铁溶于去离子水中得到醋酸亚铁溶液；所述三聚氰胺、三聚氰酸与醋酸亚铁的摩尔比为1：0.2～0.8：0.8～0.2；
[0007]S2：将氮
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烯丙基硫脲加入到所述醋酸亚铁溶液，搅拌均匀得到溶液A；所述氮
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烯丙基硫脲与醋酸亚铁的摩尔比为1：0.1～0.5；
[0008]S3：将溶液A加入到所述三聚氰酸溶液中后并搅拌均匀，然后与所述三聚氰胺溶液混合得到沉淀物，并洗涤、烘干，得到前驱体；
[0009]S4：在氩气氛围下，将步骤S3得到的前驱体加热至550～650℃，保温3～6h后冷却至室温，得到硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂，记作Fe1S/CN。
[0010]第二方面，本专利技术还提供了一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的制备方法，所述硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂通过以下步骤制备得到：
[0011]S1：将三聚氰胺溶于去离子水中得到三聚氰胺溶液；将三聚氰酸溶于去离子水得到三聚氰酸溶液；将三聚硫氰酸溶于去离子水中得到三聚硫氰酸溶液；将柠檬酸铁溶于去离子水中得到柠檬酸铁溶液；所述三聚氰胺、三聚氰酸、三聚硫氰酸与柠檬酸铁的摩尔比为1：0.2～0.8：0.6～0.1：0.2～0.1；
[0012]S2：将柠檬酸铁溶液、三聚氰酸溶液和三聚硫氰酸溶液混合，搅拌均匀后与所述三聚氰胺溶液混合得到沉淀物，并洗涤、烘干，得到前驱体；
[0013]S3：在氩气氛围下，将步骤S2得到的前驱体加热至550～650℃，并保温3～6h后冷却至室温，得到硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂，记作Fe1/SCN。
[0014]第三方面，本专利技术还提供了一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂在用于去除水体中有机污染物中的应用，包括以下步骤：将硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂和过一硫酸盐加入水中，水温为15～35℃，搅拌反应5～10min，完成对水体中有机污染物的去除；所述硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的投加量为0.1～1g/L；所述过一硫酸盐的投加量为0～500μmol/L；所述有机污染物的浓度为0～100μmol/L。
[0015]进一步地，所述有机污染物为对氯酚或抗生素。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)通过调控含硫有机配体的种类、投加量及投加顺序，实现了硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的可控制备，进而精准调控硫含量与配位方式的铁单原子催化剂的活化PMS效率、产生ROS的含量和ROS组分的选择性等性能；
[0018](2)通过氢键组装超分子固定策略，实现了制备高铁原子载量的硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂，增强了硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂活化PMS对对氯酚、抗生素的降解能力；
[0019](3)硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂在不同阴阳离子、腐殖酸和pH等条件下，实现对氯酚和抗生素的高效降解，并具有良好的周期性。
附图说明
[0020]图1为一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的制备方法的流程图；
[0021]图2为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂以及对比例2制备得到的石墨相氮化碳的X射线衍射图；
[0022]图3为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂以及对比例2制备得到的石墨相氮化碳的傅里叶红外光谱图；
[0023]图4为实施例1制备得到的铁单原子催化剂的球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜及元素分布图；
[0024]图5为实施例5制备得到的铁单原子催化剂的球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜及元素分布图；
[0025]图6为对比例1制备得到的铁单原子催化剂的球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜及元素分布图；
[0026]图7为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂的X射线光电子能谱图，其中，图7(a)为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂的C1s谱图；图7(b)为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂的N1s谱图，图7(c)为实
施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂的Fe 2p谱图，图7(d)为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂的S 2p谱图；
[0027]图8为Fe K
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边X射线吸收近边结构光谱和傅里叶变换Fe K
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边的R空间X射线扩展边吸收精细结构光谱图，其中，图8(a)为Fe K
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边X射线吸收近边结构光谱图，图8(b)为傅里叶变换Fe K
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边的R空间X射线扩展边吸收精细结构光谱图；
[0028]图9为实施例1、实施例5和对比例1制备得到的铁单原子催化剂活化PMS对对氯酚的降解曲线图及降解速率对比图，其中，图9(a)为实施例1、实施例5和对比例1制备得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂，其特征在于，所述硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂通过以下步骤制备得到：S1：将三聚氰胺溶于去离子水中得到三聚氰胺溶液；将三聚氰酸溶于去离子水得到三聚氰酸溶液；将醋酸亚铁溶于去离子水中得到醋酸亚铁溶液；所述三聚氰胺、三聚氰酸与醋酸亚铁的摩尔比为1：0.2～0.8：0.8～0.2；S2：将氮
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烯丙基硫脲加入到所述醋酸亚铁溶液，搅拌均匀得到溶液A；所述氮
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烯丙基硫脲与醋酸亚铁的摩尔比为1：0.1～0.5；S3：将溶液A加入到所述三聚氰酸溶液中后并搅拌均匀，然后与所述三聚氰胺溶液混合得到沉淀物，并洗涤、烘干，得到前驱体；S4：在氩气氛围下，将步骤S3得到的前驱体加热至550～650℃，保温3～6h后冷却至室温，得到硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂，记作Fe1S/CN。2.一种硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫含量和配位方式可控的铁单原子催化剂通过以下步骤制备得到：S1：将三聚氰胺溶于去离子水中得到三聚氰胺溶液；将三聚氰酸溶于去离子水得到三聚氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐江，江训恒，林道辉，
申请(专利权)人：安庆市长三角未来产业研究院，
类型：发明
国别省市：