一种多金属原子催化剂的制备方法及应用技术

本申请涉及一种多金属原子催化剂的制备方法及应用，该方法包括将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料；通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料；将多金属原子负载的气凝胶材料分散在第二溶剂中，加入模板剂、六亚甲基四胺和水玻璃，通过溶液凝胶法形成凝胶产物后，炭化制备得到多金属原子催化剂。上述多金属原子催化剂可应用于芬顿催化氧化工艺和臭氧催化氧化工艺中，能有效避免催化剂中金属原子的团聚和长时间使用造成的金属离子的流失现象，提高了催化反应对特征污染物的选择性及降解能力，实现了催化氧化工艺的定向脱毒。定向脱毒。定向脱毒。

【技术实现步骤摘要】
一种多金属原子催化剂的制备方法及应用


[0001]本申请涉及废水处理领域，具体涉及一种多金属原子催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]工业发展产生大量难降解有毒有机物释放到水环境中，严重威胁生态环境和生命健康。由于难降解有毒有机物结构复杂，传统生化处理工艺难以实现其脱毒和深度处理。高级氧化水处理法，例如芬顿氧化、臭氧氧化，由于其操作简单，技术成熟，常被用于各种含有毒有机物的废水处理中。但高级氧化水处理工艺存在酸碱加药量大，产生大量污泥，氧化剂利用效率低，催化选择性差等缺点，造成污染物脱毒过程高能耗低效率。
[0003]随着纳米科学的发展，基于纳米粒子的新型催化剂在废水处理领域的应用广泛受到关注。研究发现，将金属元素负载在纳米载体材料上制备的催化剂，在高级氧化水处理工艺中能有效提高催化效率，提高污染物去除率。但是负载型催化剂中还存在金属原子分散性差、金属原子易流失、对目标污染物不具备选择性的问题，特别是对于具有多个活性位点的团簇催化剂材料。
[0004]CN 113289623 A公布了“一种铜单原子催化剂及其制备方法和应用”。此专利技术制备的铜单原子催化剂可以有效催化末端炔烃的选择性氧化偶联，并显示出优异的催化效果，但介孔二氧化硅的孔道中官能团数量有限，导致铜原子负载嫁接率较低。CN 110560047 B公布了“高分散的单原子Pd/介孔氧化铝催化剂及其制备方法与应用”。此专利技术制备出分散程度更高的单原子Pd催化剂，不仅可以有效地提高原子效率，最大限度地利用贵金属，降低催化剂的成本。但金属原子采用浸渍的方式负载，金属原子与载体材料之间结合稳定性较差，金属原子易流失，且对目标污染物去除不具备选择性。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中负载型催化剂的缺点，本申请实施例提供一种多金属原子催化剂的制备方法，通过分步吸附法使多种金属原子均匀分布在羧基化载体材料上，以提高金属原子负载效率，同时避免金属元素的流失。通过将催化剂高温炭化脱模，得到的分子印迹空穴能选择性吸附捕捉目标污染物，实现污染物的定向降解和脱毒。
[0006]为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的一个技术方法是：
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种多金属原子催化剂的制备方法，包括：将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料；通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料；将多金属原子负载的气凝胶材料分散在第二溶剂中，加入模板剂、六亚甲基四胺和水玻璃，通过溶液凝胶法形成凝胶产物后，炭化制备得到多金属原子催化剂。
[0008]在一些实施例中，将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料，包括：将载体材料和第一溶剂置于反应器中混合，搅拌第一预设时间；在第一预设时间内，向反应器中预设次数加入预设量的引发剂，于60℃至80℃的水浴反
应3h至5h后，冷却、过滤、洗涤、干燥，得到羧基化载体材料。
[0009]在一些实施例中，多金属盐溶液包括第一金属盐溶液、第二金属盐溶液和第三金属盐溶液，通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，包括：将羧基化载体材料加入第一金属盐溶液中，反应第二预设时间，得到第一产物；将第一产物加入第二金属盐溶液中，反应第三预设时间，得到第二产物；将第二产物加入第三金属溶液中，反应第四预设时间，得到第三产物。
[0010]在一些实施例中，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料，包括：将第三产物加入水解剂中，于90℃至98℃水浴6h至8h，得到水凝胶产物；将水凝胶产物冷冻干燥得到多金属原子负载的气凝胶材料；其中，水解剂的浓度为0.1％至5％，第三产物与水解剂的质量体积比为1:10至1:20。
[0011]在一些实施例中，通过溶液凝胶法形成凝胶产物后，炭化制备得到多金属原子催化剂，包括：将凝胶产物于进行干燥，得到干燥产物；将干燥产物通过分步碳化，得到多金属原子催化剂。
[0012]在一些实施例中，将干燥产物通过分步碳化，包括：将干燥产物于350℃至450℃下碳化2h至6h后，再将干燥产物通入还原性气体，于750℃至850℃碳化2h至6h。
[0013]在一些实施例中，载体材料，包括活性氧化铝、硅藻土及海泡石中的至少一种；第一溶剂为柠檬酸、二乙酸和次氯酸的混合液；引发剂为高铁酸钾、氯化锌及过氧化镁的复配物；其中，复配物的配比为高铁酸钾、氯化锌与过氧化镁的质量比为(5～10)：(3～5)：(5～10)。
[0014]在一些实施例中，多金属盐包括铜金属盐、钴金属盐及锰金属盐中的至少一种；水解剂包括KAl(SO4)2·
12H2O和FeCl3·
6H2O中的至少一种。
[0015]在一些实施例中，模板剂包括吡啶、咔唑、联苯及三联苯中的至少一种；第二溶剂为无水乙醇、氨水和二苯硫醚的混合液。
[0016]第二方面，本申请实施例提供一种如上述第一方面制备的催化剂在工业污水处理的应用。
[0017]区别于相关技术的情况，本申请提供的一种多金属原子催化剂的制备方法及应用的有益效果是：该方法包括将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料；通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料；将多金属原子负载的气凝胶材料分散在第二溶剂中，加入模板剂、六亚甲基四胺和水玻璃，通过溶液凝胶法形成凝胶产物后，炭化制备得到多金属原子催化剂。该方法将载体材料羧基化能够提高载体材料的稳定性及对金属原子的吸附性，通过分步吸附法将多金属盐溶液分步吸附在羧基化的载体材料上，能够减少金属在载体表面的团聚现象，使得不同金属离子分散结合于载体材料的不同吸附位点，提高了负载金属原子的分散性，六亚甲基四胺具有笼状结构，能有效避免金属原子流失，在将凝胶产物进行高温碳化过程中，凝胶产物中的硅元素与六亚甲基四胺、第二溶剂中的氮、硫元素发生取代并与金属原子发生键合，以提高金属原子的稳定性，模板剂碳化脱模，得到的分子印迹空穴能选择性吸附捕捉目标污染物，提高催化剂的选择性，实现污染物的定向降解和脱毒。
附图说明
[0018]一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0019]图1是本申请实施例提供的一种多金属原子催化剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0020]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0021]需要说明的是，如果不冲突，本申请实施例中的各个特征可以相互组合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多金属原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料；通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料；将多金属原子负载的气凝胶材料分散在第二溶剂中，加入模板剂、六亚甲基四胺和水玻璃，通过溶液凝胶法形成凝胶产物后，炭化制备得到多金属原子催化剂。2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，将载体材料和第一溶剂混合后，加入引发剂通过化学氧化法制备得到羧基化载体材料，包括：将载体材料和第一溶剂置于反应器中混合，搅拌第一预设时间；在第一预设时间内，向反应器中预设次数加入预设量的引发剂，于60℃至80℃的水浴反应3h至5h后，冷却、过滤、洗涤、干燥，得到羧基化载体材料。3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，多金属盐溶液包括第一金属盐溶液、第二金属盐溶液和第三金属盐溶液，通过分步吸附法，将多金属盐溶液分步吸附于羧基化载体材料上，包括：将羧基化载体材料加入第一金属盐溶液中，反应第二预设时间，得到第一产物；将第一产物加入第二金属盐溶液中，反应第三预设时间，得到第二产物；将第二产物加入第三金属溶液中，反应第四预设时间，得到第三产物。4.根据权利要求3的制备方法，其特征在于，加入水解剂制备得到多金属原子负载的气凝胶材料，包括：将第三产物加入水解剂中，于90℃至98℃水浴6h至8h，得到水凝胶产物；将水凝胶产物冷冻干燥得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜凡，林娜，欧阳清华，张彬彬，李海波，
申请(专利权)人：深水海纳水务集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：