【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水污染控制，具体涉及一种超高负载量的单原子铜催化剂及其制备方法与其催化活化过氧乙酸降解污水中磺胺类抗生素的应用。
技术介绍
1、抗生素类药物在全球范围内广泛使用，但人类在使用抗生素时大多数未经妥善处理导致其释放到水环境中，成为一种新兴污染物。目前残留在水环境中的抗生素正以各种方式影响着生态环境，其具有较强的药物持久性、生物累积性和生物难降解性等特点。
2、磺胺类抗生素(sas)是具有对苯氨基苯磺酰胺结构的一类药物的总称，磺胺类药物通过竞争性抑制叶酸代谢循环中对苯氨基苯甲酸而抑制细菌性增值。因其具有广谱、高效、稳定、经济的优势，磺胺类抗生素被广泛应用于家畜、家禽及水产养殖业中。然而，研究表明，磺胺类抗生素仅有15％可被动物吸收，并以代谢产物形式排出体外，同时还有很大一部分将以原型药物的形式排出体外并直接进入环境。这些磺胺类抗生素最终会进入土壤或水体中，污染地表水、地下水和饮用水，并通过生物吸收和积累进入食物链，对动物和人体健康构成潜在危害。
3、目前，水体中磺胺类抗生素的处理技术主要采用常规生物处理以及深度处理。生物处理虽然运行简单，费用低，但对于磺胺类抗生素等有毒难降解的污染物去除效率很低，而深度处理技术，尤其基于产生活性氧物种的高级氧化(aops)技术在去除抗生素等新兴有机污染物方面有巨大的潜力，并已广泛应用于废水、地下水及土壤修复中。传统aops是利用活化过氧化氢(h2o2)、过硫酸盐(ps)等产生强氧化性的无机自由基(如·oh，so4·-)来实现有机污染物的去除。在实际污水处理中，传统
4、过渡金属催化剂可在常温、常压下快速催化过氧乙酸分解生成强氧化性有机自由基，且无需额外能量，因此被广泛研究。由于具有明确的催化位点和可调整的配位结构，均相金属催化剂表现出优异的活性和选择性。然而，均相催化剂的稳定性和可回收性通常较差，限制了其实际应用。非均相催化体系涉及固体催化剂(如纳米颗粒)，回收和再生相对简单，通常在实际应用中有更广阔前景。然而，其缺点也很明显，传统纳米金属催化剂只有最外层原子可以充当反应活性位点，导致金属位点利用率极低，增加了实际处理费用，其动力学通常比均相催化慢得多。因此，开发一种连接均相催化和多相催化的催化剂体系，以充分发挥二者的优势，是十分有意义的。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术提供了一种超高负载量的单原子铜催化剂及其制备方法与其催化活化过氧乙酸降解污水中磺胺类抗生素的应用。本专利技术制备的单原子铜催化剂单原子金属位点载量高，利用其催化活化过氧乙酸降解污水中磺胺类抗生素时，催化过程中不会产生二次污染，催化效率高并且可以多次回收重复利用。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面，提供一种超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将二价铜盐和l-谷氨酸均溶解于去离子水中，获得溶液a；将1,3,5-苯三甲酸溶解于乙醇水溶液中，获得溶液b；在搅拌的状态下将溶液b加入到溶液a中，搅拌反应，反应完成后，过滤收集固体，洗涤干燥后获得前驱体；
5、(2)将前驱体与双氰胺在研钵中研磨混合均匀，后放入管式炉中在氩气的环境下进行热解，获得超高负载量的单原子铜催化剂。
6、本专利技术的第二个方面，提供由上述制备方法制备的超高负载量的单原子铜催化剂。
7、本专利技术的第三个方面，提供上述超高负载量的单原子铜催化剂在污水处理中的应用。
8、本专利技术的第四个方面，提供一种污水处理的方法，上述超高负载量的单原子铜催化剂通过催化活化过氧乙酸降解污水中磺胺类抗生素。
9、本专利技术的有益效果在于：
10、(1)单原子催化剂，达到了金属分散的极限，实现了原子利用率的最大化。单原子催化剂兼具均相催化剂的“孤立位点”和多相催化剂的结构稳定且易分离的优点，将多相催化与均相催化紧密联系在一起，成为沟通多相催化与均相催化的桥梁和纽带。
11、(2)分析表明，本专利技术所制备的单原子铜催化剂中铜单原子的负载量达到20.3wt％，远高于目前大多数方法报道的负载量(多数低于5wt％)。进一步研究表明，制备方法中引入双氰胺作为氮源，不仅在单原子铜催化剂片状形态的形成中起着至关重要的作用，更使得催化剂中拥有丰富的吡啶氮(相对丰度达到62.3％)，相比于石墨氮和氧化氮物种，吡啶氮更有利于与金属单原子发生配位，这也解释了本专利技术方法所制备的单原子铜催化剂具有超高单原子铜负载量的原因。
12、(3)本专利技术方法制备的超高负载量单原子铜催化剂具有丰富的且均一的cu-n4配位结构，可催化过氧乙酸分解原位生成包括●oh、r-o●和单线态氧(1o2)等在内的多种强氧化性活性物质，可实现对污水中磺胺类抗生素的高效降解。
13、(4)本专利技术采用单原子铜作为催化剂，在催化过程中不会产生二次污染，催化效率高并且可以多次回收重复利用。本专利技术以过氧乙酸为氧化剂，相对于其他氧化剂，过氧乙酸受有机物质的影响较小，不产生或少产生有毒有害的消毒副产物。利用本专利技术制备的单原子铜能在近中性环境下催化活化过氧乙酸降解污水中磺胺类抗生素，在实际处理中可不需加酸加碱调节ph，降低经济成本。
14、(5)本专利技术首次开发性的将单原子铜催化剂用作活化过氧乙酸，并应用于处理废水中磺胺类抗生素，提高了过氧乙酸的活化效率，极大化金属催化中心的利用率，获得了高效、快速的磺胺类抗生素降解效果，促进了活化过氧乙酸新兴技术在污水处理方面的推广和应用。
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1.一种超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二价铜盐、L-谷氨酸和1,3,5-苯三甲酸的摩尔比为1.8～2.2:1:1，优选为2:1:1；
3.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶液B中1,3,5-苯三甲酸的浓度为0.95～1.16mol/L，优选为1.05mol/L。
4.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌反应的时间为1.5～2.5h，优选为2h。
5.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，前驱体与双氰胺的质量比为1:10～1:20；
6.权利要求1～5任一项所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法制备的超高负载量的单原子铜催化剂。
7.权利要求6所述的超高负载量的单原子铜催化剂在污水处理中的应用。
8.一种污水处理的方法，其特征在于
9.如权利要求8所述的污水处理的方法，其特征在于，所述污水中磺胺类抗生素的浓度不超过10mg/L；
10.如权利要求8所述的污水处理的方法，其特征在于，所述污水的pH为4～9；
...【技术特征摘要】
1.一种超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二价铜盐、l-谷氨酸和1,3,5-苯三甲酸的摩尔比为1.8～2.2:1:1，优选为2:1:1；
3.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶液b中1,3,5-苯三甲酸的浓度为0.95～1.16mol/l，优选为1.05mol/l。
4.如权利要求1所述的超高负载量的单原子铜催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌反应的时间为1.5～2.5h，优选为2h。
5.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙龙，陈晨，刘华清，张建，任崇洋，阚渝姣，安柏荧，刘政鑫，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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