一种钴基碳复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种钴基碳复合材料及其制备方法与应用，包括基底碳材料及负载于基底碳材料的Co3O4@Co复合材料；Co3O4@Co复合材料为核壳结构，其包括金属Co以及包覆金属Co的Co3O4，稳定性好、活性高，在高湿和/或低温环境下去除臭氧的效果好。臭氧的效果好。臭氧的效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种钴基碳复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及环境保护
，尤其涉及一种钴基碳复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近地面臭氧是影响环境空气质量的重要污染物，其治理方案一是控制臭氧前体物质——挥发性有机污染物(VOCs)的排放，二是使用可催化臭氧分解的催化剂对其进行处理。
[0003]相较于控制有机污染物(VOCs)，使用臭氧分解的催化剂来净化臭氧的在短期内的效果更为明显，使用传统纳米材料，例如MnO2材料，虽然对臭氧有一定的分解能力，但其对恶劣环境下的适用性不强，例如高湿度下易失活、低温下臭氧去除效果不好等。
[0004]因此，急需一种活性高、稳定性好的纳米材料来去除高湿、低温等恶劣条件下的臭氧污染。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种钴基碳复合材料及其制备方法与应用，稳定性好、活性高，在高湿和/或低温环境下去除臭氧的效果好。
[0006]为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种钴基碳复合材料，包括基底碳材料及负载于基底碳材料的Co3O4@Co复合材料；Co3O4@Co复合材料为核壳结构，其包括金属Co以及包覆金属Co的Co3O4。
[0008]优选的，钴基碳复合材料为棒状结构。
[0009]第二方面，本申请提供一种钴基碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1.获取棒状Co
‑
MOF；
[0011]S2.在氮气气氛下，将棒状Co
‑
MOF进行热解，得到Co
‑
C钴碳材料，Co
‑
C钴碳材料包括基底碳及负载于基底碳的金属Co；
[0012]S3.利用氧化剂对Co
‑
C钴碳材料进行氧化处理，得Co3O4@Co
‑
C材料即为钴基碳复合材料。
[0013]优选的，步骤S2中，热解的温度为800
‑
1000℃。
[0014]优选的，氧化剂包括H2O2，NaClO和O3中的一种或几种。
[0015]优选的，步骤S1中棒状Co
‑
MOF的制备方法为：以钴盐、有机配体为原料，利用溶剂热反应，清洗烘干后，得到棒状Co
‑
MOF。
[0016]优选的，氧化剂的浓度为1
‑
2mol/L。
[0017]第三方面，本申请提供一种包含钴基碳复合材料的3D打印整体式催化剂。
[0018]第四方面，本申请提供一种钴基碳复合材料在分解臭氧中的应用。
[0019]优选的，其应用的温度为
‑
20℃
‑
25℃，应用的湿度为1
‑
75％。
[0020]本申请的有益效果如下：本申请的钴基碳复合材料的稳定性高、去除臭氧的活性高，适用于
‑
20℃
‑
25℃和/或湿度为1
‑
75％条件下的臭氧去除，去除率高达100％，不引入其他污染物；钴基碳复合材料的制备方法简单，快速，易于大规模生产；本申请的钴基碳复合材料可直接用于合成3D打印整体式催化剂，克服了粉末式催化剂应用范围过窄的问题。
附图说明
[0021]图1为钴基碳复合材料的合成方法及鉴定图，其中，图1a为核壳结构的钴基碳复合材料（Co3O4@Co
‑
C）的合成方法和微观结构的示意图；图1b 为Co
‑
MOF、Co3O4@Co
‑
C的XRD谱图；图1c为Co
‑
MOF扫描电镜照片（SEM图）；图1d为Co3O4@Co
‑
C的扫描电镜照片（SEM图）；
[0022]图2为Co
‑
MOF和Co3O4@Co
‑
C的XPS谱图，其中，图2a为全谱；图2b为Co 2p光谱图；图2c为O1s光谱图；图2d为C1s光谱图；
[0023]图3为Co3O4@Co
‑
C的性能测试图；图3a为臭氧在不同催化剂上的转化，RH＝50％；图3b为Co
‑
MOF和Co3O4@Co
‑
C干湿气臭氧条件下的反应速率；图3c为Co3O4@Co
‑
C在RH＝1、25、50、75和95％条件下反应6h的O3转化率；图3d为干燥(RH＝1％)和湿润(RH＝75％)臭氧交替时，Co3O4@Co
‑
C的O3分解循环图；
[0024]图4为3D打印整体式催化剂的鉴定测试图；其中，图4a为3D打印整体式催化剂的XRD谱图；图4b为3D打印整体式催化剂的扫描电镜照片(SEM图)；图4c为3D打印整体式催化剂的性能图。
[0025]图5为Co
‑
C材料催化臭氧的性能测试图，RH＝50％。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]本申请提供一种钴基碳复合材料，包括基底碳材料及负载于基底碳材料的Co3O4@Co复合材料；Co3O4@Co复合材料为核壳结构，其包括金属Co以及包覆金属Co的Co3O4。
[0028]Co3O4@Co复合材料中金属钴表面有一层四氧化三钴被包覆起来，所形成的核壳结构中四氧化三钴也对金属钴起到一定的保护作用，使材料具有一定的稳定性；Co3O4@Co
‑
C材料中C
‑
Co
‑
Co3O4三者之间更有利于电荷转移，提升臭氧的去除率；另外，Co3O4@Co中含有Co0，Co
3+
和Co
2+
，其不仅在湿气和低温环境下稳定性高，还可使得材料无论在干气还是湿气臭氧条件下进行Co元素价态转化，保证了臭氧的持续去除。
[0029]本申请的钴基碳复合材料在高湿环境下与水协同，提高臭氧的去除率；而由于其稳定性好，低温不会对材料造成损坏，臭氧在钴基碳复合材料的氧空位(活性位点)上吸附分解，形成循环，进而提高臭氧的去除率。
[0030]钴基碳复合材料为棒状结构。
[0031]本申请提供一种钴基碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1.获取棒状Co
‑
MOF；
[0033]S2.在氮气气氛下，将棒状Co
‑
MOF进行热解，得到Co
‑
C钴碳材料，Co
‑
C钴碳材料包括基底碳及负载于基底碳的金属Co；
[0034]S3.利用氧化剂对Co
‑
C钴碳材料进行氧化处理，得Co3O4@Co
‑
C材料即为钴基碳复合材料。
[0035]步骤S2中，热解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基碳复合材料，其特征在于，包括基底碳材料及负载于所述基底碳材料的Co3O4@Co复合材料；所述Co3O4@Co复合材料为核壳结构，其包括金属Co以及包覆所述金属Co的Co3O4。2.根据权利要求1所述的钴基碳复合材料，其特征在于，所述钴基碳复合材料为棒状结构。3.一种如权利要求1
‑
2任一项所述的钴基碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取棒状Co
‑
MOF；S2.在氮气气氛下，将所述棒状Co
‑
MOF进行热解，得到Co
‑
C钴碳材料，所述Co
‑
C钴碳材料包括基底碳及负载于所述基底碳的金属Co；S3.利用氧化剂对所述Co
‑
C钴碳材料进行氧化处理，得Co3O4@Co
‑
C材料即为所述钴基碳复合材料。4.根据权利要求3所述的钴基碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热解的温度为800

【专利技术属性】
技术研发人员：王金龙，马佳米，郭彦炳，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：