一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂及其绿色规模化制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂及其绿色规模化制备方法及应用，该单原子类Fenton催化剂由廉价的金属的盐经聚合反应配位固定，热解，水洗，干燥而成。本发明专利技术通过金属和载体之间的相互作用提高单原子催化剂稳定性，减少了Fenton反应过程中损耗。减少了Fenton反应过程中损耗。减少了Fenton反应过程中损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂及其绿色规模化制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及材料合成
，特别涉及一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂及其绿色规模化制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水是生命之源，是人类赖以生存和发展不可缺少的物质。高级氧化技术是处理水体有机污染物的有效手段，其中非均相类Fenton催化反应受到极大的关注，该反应在常温常压的条件下就可以进行，具备高效率性和操作较简单的优点，同时绿色、无污染。
[0003]类Fenton催化剂的发展一直都是科学家们关注的重点。从碳基催化剂到金属基及金属负载的催化剂再到单原子催化剂。纯碳基虽然廉价环保，但活性不足，传统金属催化剂中仅有一小部分作为催化活性物质，使得这类催化剂选择性差，效率低，而且金属消耗比较高，容易造成二次污染，成本增加。单原子催化剂很好地克服了这些难点，最大限度的提高金属分散和原子利用率，并且还表现出来显著的催化性能。目前，单原子催化剂表现出极高的原子效率和催化性能，在Fenton反应中应用广泛。
[0004]到目前为止，人们对单原子催化剂的合成策略进行了大量的研究，并报道了很多的合成方法。然而，单原子位点易于移动和聚集，通常需要特殊的方法来稳定金属原子，因此，规模化制备高载量和高暴露位点的单原子催化剂仍然是个挑战。例如，经典的MOF前驱体合成路线负载量有限且产量低(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,10800
‑
10805.)；批量合成路线虽然负载量高，但比表面积太低，造成位点可及度低(Adv.Mater.2020,32,2000896；CN 111450868A)；又或者路线不够环保，制备过程造成二次污染(Adv.Mater.2020,32,2000896)，都很难满足实际需求。
[0005]上述
技术介绍
是为了便于理解本专利技术，并非是申请本专利技术之间已向普通公众公开的公知技术。

技术实现思路

[0006]针对上述缺陷，一方面，本专利技术提供一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂，本专利技术为制备具有应用潜力的单原子催化剂提供了新的思路，同时，通过金属和载体之间的相互作用提高单原子催化剂稳定性，减少了Fenton反应过程中损耗。
[0007]技术方案是：一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂，该单原子类Fenton催化剂由廉价的金属的盐经聚合反应配位固定，热解，水洗，干燥而成。
[0008]进一步地，所述廉价的金属为Fe、Co、Ni、Cu、Mn中的一种或其混合物。
[0009]进一步地，所述盐为硝酸盐或氯盐。
[0010]另一方面，本专利技术提供一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂的制备方法。
[0011]一种绿色规模化制备高暴露密度单原子类Fenton催化剂的方法，包括以下步骤：
[0012]S1，将具有与金属配位的可聚合单体混合形成具有与金属配位的可聚合单体溶
液；
[0013]S2，高熔点可溶性盐、廉价的金属的盐、水形成混合水溶液加入到具有与金属配位的可聚合单体溶液中反应，反应后干燥去除溶剂，得填充有高熔点可溶性盐颗粒的金属离子配位的固体粉末；
[0014]S3，填充有高熔点可溶性盐颗粒的金属离子配位的固体粉末热解，得含高熔点可溶性盐颗粒的碳氮载体锚定单原子材料；
[0015]S4，水洗含高熔点可溶性盐颗粒的碳氮载体锚定单原子材料；
[0016]S5，干燥得高暴露密度单原子类Fenton催化剂。
[0017]进一步地，所述具有与金属配位的可聚合单体组合为双氰胺与甲醛组合、三聚氰胺与甲醛组合、3
‑
氨基苯酚与甲醛组合中的一种。
[0018]进一步地，所述高熔点可溶性盐为氯化钠、KCl，NaBr，KBr中的一种或多种。
[0019]进一步地，所述廉价的金属为Fe、Co、Ni、Cu、Mn中的一种或其混合物。
[0020]进一步地，所述盐为硝酸盐或氯盐。
[0021]进一步地，所述具有与金属配位的可聚合单体组合中，可聚合单体之间的摩尔比1:1～3；所述廉价的金属的盐与具有与金属配位的可聚合单体组合的摩尔比为0～1:7，其中廉价的金属的盐与具有与金属配位的可聚合单体组合的摩尔比不为0；S2中，高熔点可溶性盐的加入量为10～20g。
[0022]进一步地，所述热解为煅烧热解，温度在400～800℃，煅烧温度2～4小时；S2中，干燥为80～110℃，10～16小时；S4中，水洗为去离子水搅拌水洗或超声水洗，水洗时间2～8小时。
[0023]再一方面，本专利技术还提供高暴露密度单原子类Fenton催化剂。
[0024]一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂，所述高暴露密度单原子类Fenton催化剂由上述的方法制备而成。
[0025]再一方面，本专利技术还提供一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂的应用。
[0026]一种上述高暴露密度单原子类Fenton催化剂的应用，述高暴露密度单原子类Fenton催化剂应用于类Fenton反应。
[0027]进一步地，所述类Fenton反应溶液pH 3
‑
11，氧化剂为双氧水、过硫酸钾、过硫酸氢钾、过碳酸钠中的，所述高暴露密度单原子类Fenton催化剂的投加量为0.1～0.4g/L。
[0028]本专利技术的专利技术原理：
[0029]选用廉价的金属盐，首先通过配置双氰胺、甲醛、金属离子水溶液并同步加入氯化钠形成均相的混合溶液，加热引发聚合反应并与金属原子形成配位达到固定的作用，溶剂在挥发过程中氯化钠析出填充入聚合物，热解后进行简单的水洗、干燥即可获得所述的单原子负载的多孔碳材料。制备过程简单方便，所得产品量大且溶剂无毒、造孔剂氯化钠可回收，路线全程绿色环保。本专利技术与现有技术相比同时克服了单原子载量不足，位点可及度低且不能规模化制备的问题同时可适用于一种或多种不同金属单原子的混合负载。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0031]①
本专利技术工艺合成路线简单，成本低廉，绿色无二次污染，合成产物量大，单原子负载量高，位点暴露密度大。
[0032]②
本专利技术的单原子材料作为类Fenton反应催化剂，能够在一定反应条件范围内实
现催化反应，并且在多次循环使用后仍能保留大部分催化活性，适用氧化剂及目标污染物范围广。
[0033]③
本专利技术非贵金属单原子催化剂具有广泛应用于类Fenton高效降解水体污染物的潜力。
附图说明
[0034]图1是本专利技术路线制备的Fe单原子催化剂的TEM和球差电镜图；
[0035]图2是本专利技术路线制备的Fe单原子催化剂氮气吸脱附等温线。
具体实施方式
[0036]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0037]下面实施例中，如无特别说明，涉及的试剂等均为市售购买产品，涉及的方法均为本领域技术人员所知晓的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高暴露密度单原子类Fenton催化剂，其特征在于，该单原子类Fenton催化剂由廉价的金属的盐经聚合反应配位固定，热解，水洗，干燥而成。2.根据权利要求1所述的高暴露密度单原子类Fenton催化剂，其特征在于，所述廉价的金属为Fe、Co、Ni、Cu、Mn中的一种或其混合物；盐优选硝酸盐或氯盐。3.一种绿色规模化制备高暴露密度单原子类Fenton催化剂的方法，包括以下步骤：S1，将具有与金属配位的可聚合单体混合形成具有与金属配位的可聚合单体溶液；S2，高熔点可溶性盐、廉价的金属的盐、水形成混合水溶液加入到具有与金属配位的可聚合单体溶液中反应，反应后干燥去除溶剂，得填充有高熔点可溶性盐颗粒的金属离子配位的固体粉末；S3，填充有高熔点可溶性盐颗粒的金属离子配位的固体粉末热解，得含高熔点可溶性盐颗粒的碳氮载体锚定单原子材料；S4，水洗含高熔点可溶性盐颗粒的碳氮载体锚定单原子材料；S5，干燥得高暴露密度单原子类Fenton催化剂。4.根据权利要求3所述的绿色规模化制备高暴露密度单原子类Fenton催化剂的方法，其特征在于，所述具有与金属配位的可聚合单体组合为双氰胺与甲醛组合、三聚氰胺与甲醛组合、3
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氨基苯酚与甲醛组合中的一种；和/或所述高熔点可溶性盐为氯化钠、KCl，NaBr，KBr中的一种或多种。5.根据权利要求3
‑
4任一所述的绿色规模化制备高暴露密度单原子类Fenton催化剂的方法，其特征在于，所述廉价的金属为Fe、Co、Ni、Cu、Mn中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕娜，周奇，朱满洲，王君怡，宋佼佼，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：