【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种碳负载催化剂及其制备、成型方法和应用，属于催化剂制备领域。
技术介绍
1、上世纪80年代以来，我国工业化、城市化进程加快，人民生活水平不断提高，生活用水、工业用水总量大幅增加，污水排放总量随之加大。例如，煤化工产业在生产各种燃料和化工产品的同时，也产生高污染的废水，其中含有大量有机污染物。降解废水中的有机污染物，已经成为了工业可持续发展的重要目标之一。
2、目前，高级氧化技术aops在去除有机污染物方面表现出良好的性能，其机理主要依赖于具有强氧化性的自由基。羟基自由基(oh·)是一种典型的非选择性强氧化剂，氧化还原电位为2.8v，可以破坏有机化合物的结构，甚至在一定程度上矿化。臭氧氧化是产生oh·的主要方法之一，然而臭氧在水中的寿命短、产生自由基的效率低，添加高效催化剂可大幅度增加臭氧分解产生oh·的效率，从而大幅提升臭氧高级氧化的处理效果。另一方面，硫酸根自由基具有与oh·相似的氧化还原电位(2.6～3.1v)和非选择性以及更长的半衰期，也能将有机污染物矿化成co2、h2o等无机物。过硫酸盐活化是大量产生的主要方法，过硫酸盐高级氧化技术因此具有与有机物反应速度快、适用范围广、去除能力强等优势，在水处理领域也受到广泛关注。过渡金属能够高效活化臭氧和过硫酸盐，使其产生更多自由基更为高效地降解有机污染物。碳材料性质稳定，表面含有丰富的官能团，是锚定金属催化剂的优良载体，能大幅降低金属离子的流失，氮原子掺入碳材料可以促进碳材料的电子性能，增强催化剂在氧化还原反应中得失电子的能力，从而进一步提升催化性能。>
3、在此基础上，通过深入研究和经验总结，我们创新地提出一种可用于大规模生产的碳负载催化剂的制备、成型方法。通过常见易得的载体和活性组分得到金属活性组分分散性更高、粒径更小、催化活性更高、稳定性更好的碳负载催化剂，其操作简单，易于放大，具有非常好的水处理应用前景。
技术实现思路
1、针对目前传统技术不足以应对废水中的难降解有机物的问题，本申请的目的在于提供一种碳负载催化剂及其制备、成型方法和应用，成型碳负载催化剂达到50％以上的toc(总有机碳)去除率、平均径向抗压强度大于100n/cm，成型碳负载催化剂还具有回收循环性能，适合工业固定床和流化床反应器使用。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种碳负载催化剂。
3、一种碳负载催化剂，包括载体和活性组分；
4、所述载体包括碳材料；
5、所述活性组分包括金属元素和氮元素；
6、所述金属元素的负载量为0.10wt％～10.00wt％；
7、所述氮元素的负载量为0.10wt％～10.00wt％；
8、其中，金属元素和氮元素的负载量以金属元素、氮元素的质量相对于碳负载催化剂的质量所得百分数表示。
9、可选地，所述氮元素的负载量独立地选自0.10wt％、0.50wt％、1.00wt％、1.50wt％、2.00wt％、2.50wt％、3.00wt％、3.50wt％、4.00wt％、4.50wt％、5.00wt％、5.50wt％、6.00wt％、6.50wt％、7.00wt％、7.50wt％、8.00wt％、8.50wt％、9.00wt％、9.50wt％、10.00wt％中的任意值或任意两者之间的范围值。
10、可选地，所述金属元素的负载量独立地选自0.10wt％、0.50wt％、1.00wt％、1.50wt％、2.00wt％、2.50wt％、3.00wt％、3.50wt％、4.00wt％、4.50wt％、5.00wt％、5.50wt％、6.00wt％、6.50wt％、7.00wt％、7.50wt％、8.00wt％、8.50wt％、9.00wt％、9.50wt％、10.00wt％中的任意值或任意两者之间的范围值。
11、碳材料来源广泛且易得，作为载体可以降低催化剂的价格，从而便于推广和使用；非金属元素以掺杂的形式加入，引入缺陷，从而为活性组分提供更多的活性位点，提高催化剂的催化性能。
12、可选地，所述金属元素的负载量为1.50wt％～3.00wt％；
13、所述氮元素的负载量为0.15wt％～0.50wt％。
14、可选地，所述金属元素包括铁、锰、镍、钴、铜中的至少一种。
15、可选地，所述碳材料选自碳纳米管、石墨烯、活性炭、炭黑、介孔碳中的至少一种；
16、可选地，所述碳材料为碳纳米管。
17、根据本申请的又一个方面，提供了一种碳负载催化剂的制备方法。
18、该制备方法将高分散金属活性组分负载和非金属掺杂一步完成，且操作简单，大大节省成本，具有非常好的工业应用前景。表面氧化产生用于锚定金属原子的含氧官能团；可避免后续负载、焙烧时发生金属团聚、长大，得到高分散、小粒径金属或金属氧化物颗粒；氮元素掺杂有利于提高碳材料的电子转移能力，从而提升催化剂的催化性能。
19、上述所述的碳负载催化剂的制备方法，包括以下步骤：
20、s1、将碳材料在含氧气氛中进行表面氧化，得到氧化碳材料粉体；
21、s2、将含有络合剂、金属盐、氮源的混合液，喷淋在所述氧化碳材料粉体上，得到前驱体粉末；
22、或，
23、将所述氧化碳材料粉体浸渍在含有络合剂、金属盐、氮源的混合液中，得到前驱体粉末；
24、s3、将所述前驱体粉末烧结得到碳负载催化剂。
25、可选地，步骤s1中，含氧气氛中，氧气含量为10％～100％。
26、可选地，步骤s1中，表面氧化采用卧式气氛保护回转炉或立式流化床。确保碳材料表面均匀氧化。
27、可选地，步骤s1中，表面氧化的条件如下：
28、温度为200℃～600℃；
29、时间为1h～3h。
30、可选地，步骤s2中，所述金属盐选自硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中的至少一种。
31、可选地，步骤s2中，所述络合剂选自乙二胺四乙酸、木质素、单宁酸、柠檬酸中的至少一种。
32、可选地，步骤s2中，所述氮源选自尿素、二氰二胺、乙二胺、三聚氰胺中的至少一种。
33、可选地，步骤s2中，所述混合液的溶剂为醇水混合液。
34、可选地，步骤s2中，所述醇水混合液中，乙醇浓度为10v/v％～20v/v％。
35、可选地，步骤s2中，所述氧化碳材料粉体与所述醇水溶液的固液比为80g/l～120g/l。
36、可选地，步骤s2中，所述络合剂与所述金属盐的摩尔比为1～2：1。
37、可选地，步骤s2中，所述金属盐与所述氧化碳材料粉体的质量比为0.5～30：100。
38、可选地，所述氮源与所述氧化碳材料粉体的质量比为0.5～25：100。
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【技术保护点】
1.一种碳负载催化剂，其特征在于，包括载体和活性组分；
2.根据权利要求1所述的碳负载催化剂，其特征在于，所述金属元素的负载量为1.50wt％～3.00wt％；
3.根据权利要求1所述的碳负载催化剂，其特征在于，所述金属元素包括铁、锰、镍、钴、铜中的至少一种；
4.权利要求1～3任一项所述的碳负载催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，含氧气氛中，氧气含量为10％～100％；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，烧结的条件如下：
7.一种成型碳负载催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自拟薄水铝石、铝溶胶、硅溶胶、煤焦油、纤维素、环糊精中的至少一种；
9.权利要求7～8任一项所述的制备方法得到的成型碳负载催化剂，其特征在于，所述成型碳负载催化剂为圆柱体或圆球体；
10.权利要求1～3任一项所述的碳负载催化剂和/或权利要求4～
...【技术特征摘要】
1.一种碳负载催化剂，其特征在于，包括载体和活性组分；
2.根据权利要求1所述的碳负载催化剂，其特征在于，所述金属元素的负载量为1.50wt％～3.00wt％；
3.根据权利要求1所述的碳负载催化剂，其特征在于，所述金属元素包括铁、锰、镍、钴、铜中的至少一种；
4.权利要求1～3任一项所述的碳负载催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，含氧气氛中，氧气含量为10％～100％；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，烧结的条件如下：
【专利技术属性】
技术研发人员：秦刚华，黄沈虎，刘春红，谌春林，祁志福，张建，徐颜军，卓佐西，董莹，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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