【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水处理，涉及一种具有双活性位点的cu-bnc催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、由于so4·-的氧化还原电位较高(2.5v-3.1v)，可作为绝大多数有机物的氧化剂，近年来，基于过硫酸盐的高级氧化技术已成为降解难降解有机污染物的研究热点。碳材料具有易于合成、比表面积大、电导率高等优点，在活化过硫酸盐降解有机物方面表现出优异的效率。然而，纯碳材料的成本较高且催化能力有限，因为它具有化学惰性和较差的稳定性。努力调控碳材料的结构和组成，加强催化区域，提高催化能力是大势所趋。
2、在碳骨架中引入氮、硼、硫和磷等杂原子会改变碳材料的化学性质。与单元素掺杂相比，两种或两种以上元素的共掺杂更容易引起结构和性质的变化，包括诱发材料的结构缺陷、调整碳基质的电荷密度、增强电子迁移率、提高吸附能等，这有利于提高催化活性。在各种掺杂元素中，硼和氮被认为是共掺杂碳基材料的理想原子。因为硼和氮的原子半径与碳相似，可以保持碳基材料中电子总数的恒定。同时，硼和氮的电负性与碳不同，在高温制备过程中可以通过破坏稳定碳材料中sp2杂化碳的电子云密度和自旋结构，破坏碳基质的化学惰性，形成b-c/b-o键和n-c键，从而改变碳基质的电荷密度分布，形成带电的催化活性位点。通过用氮替代碳形成的各种氮结构(如石墨氮、吡啶氮和吡咯氮)会对碳基质的局部电子结构产生不同的影响，从而获得不同的催化活性，特别是，在本申请专利技术人的实际研究过程中还发现，石墨氮相对于吡啶氮和吡咯氮具有更强的电荷转移能力，因而当碳材料中石墨氮的含量相对更高时，碳材料具有更
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能显著提高石墨氮占比、催化活性高的具有双活性位点的cu-bnc催化剂及其制备方法和应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，所述制备方法是以碳氮前驱体、硼源和铜盐为原料经煅烧后制备得到具有双活性位点的cu-bnc催化剂。
4、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述碳氮前驱体、硼源和铜盐的质量比为2.5∶1∶0.03～0.1。
5、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述碳氮前驱体为三聚氰胺；所述硼源为硼酸；所述铜盐为三水合硝酸铜。
6、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，包括以下步骤：将所述碳氮前驱体、硼源和铜盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，具有双活性位点的cu-bnc催化剂。
7、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述煅烧的温度为700℃～900℃，所述煅烧的时间为1h～3h。
8、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为3℃/min～5℃/min。
9、上述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，进一步改进的，所述溶解混合采用磁力搅拌进行，所述磁力搅拌的转速为300r/min～500r/min，所述磁力搅拌的温度为70℃～90℃。
10、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种具有双活性位点的cu-bnc催化剂，由上述的制备方法制备得到，所述双活性位点包括b-o-cu活性位点和石墨氮活性位点。
11、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种如上所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂在活化过硫酸盐降解有机污染物废水中的应用。
12、上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将具有双活性位点的cu-bnc催化剂与有机污染物废水混合，进行预吸附；待预吸附达到饱和时，添加过硫酸盐触发氧化反应，完成对有机污染物废水的降解；所述具有双活性位点的cu-bnc催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加具有双活性位点的cu-bnc催化剂0.1g～0.2g；所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中加入过硫酸盐0.5mmol～1mmol；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为10mg/l～20mg/l。
13、上述的应用，进一步改进的，所述过硫酸盐为过一硫酸盐；所述有机污染物废水为四环素类抗生素废水；所述预吸附的时间为20min～40min；所述氧化反应的时间为20min～60min。
14、上述的应用，进一步改进的，所述四环素类抗生素为四环素。
15、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
16、(1)本专利技术的制备方法，以碳氮前驱体、硼源和铜盐为原料煅烧制得具有双活性位点的cu-bnc催化剂。通过铜与非金属类化合物(b、n、o)共掺杂制得具有b-o-cu活性位点和石墨氮活性位点的cu-bnc催化剂，其中，铜掺杂提高了石墨氮的含量进而提高了催化剂的活性，而铜、硼、氮共掺杂获得的双活性位点相互协同进一步提高了催化剂的活性。特别的，本专利技术中，通过掺杂铜元素，可以促进吡啶氮向石墨氮的转化，从而显著提高催化剂中石墨氮的含量，其中石墨氮是非自由基生成的活性位点，这使得本专利技术的催化剂具有更强的电荷转移能力，能促进过硫酸盐的吸附和电子转移，有利于提高催化剂的活化性能，然而，仅仅通过硼、氮、铁等元素掺杂的碳材料无法获得足够的石墨氮，可见，本专利技术通过铜掺杂，促使吡啶氮向石墨氮转化，克服了催化剂中石墨氮占比难以提高的技术困难，由此显著提高了催化剂的活化性能。更重要地，双活性位点b-o-cu活性位点和石墨氮活性位点之间存在协同作用，b-o-cu活性位点中的铜位点周围形成的富电子区域的电子转移促进了过硫酸盐的活化，一价铜与吸附的过硫酸盐反应生成活性自由基，然后转化为二价铜；之后，二价铜与过硫酸盐化学键合形成复合中间体，这些中间体从富电子有机物获得电子后分解成非自由基，硼促进了一价铜和二价铜的循环，由此促进双活性位点整体协同作用的循环。总的来说，本专利技术的铜掺杂可进一步增加碳材料的活性位点，提高催化效率，双活性位点的协同效应可以暴露出更多的活性位点，从而获得高效的活性，目前尚未见铜和硼、氮共掺杂碳材料催化剂中活性位点之间的连接和相互作用对催化过程影响的报道。本专利技术的制备方法为合理设计、制备工艺简单、性能优越的金属-非金属共配位碳基材料催化剂提供了参考。
17、(2)本专利技术的制备方法通过优化原料比例，尤其是优化铜的掺杂量，进一步促进了吡本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法是以碳氮前驱体、硼源和铜盐为原料经煅烧后制备得到具有双活性位点的Cu-BNC催化剂。
2.根据权利要求1所述的具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳氮前驱体、硼源和铜盐的质量比为2.5∶1∶0.03～0.1。
3.根据权利要求2所述的具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳氮前驱体为三聚氰胺；所述硼源为硼酸；所述铜盐为三水合硝酸铜。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述碳氮前驱体、硼源和铜盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，具有双活性位点的Cu-BNC催化剂。
5.根据权利要求4所述的具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为3℃/min～5℃/min；所述煅烧的温度为700℃～900℃，所述煅烧的时间为1h～3h。
6.根据权利要求4所述的具有双活性位点的Cu-B
7.一种具有双活性位点的Cu-BNC催化剂，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到，所述双活性位点包括B-O-Cu活性位点和石墨氮活性位点。
8.一种如权利要求7所述的具有双活性位点的Cu-BNC催化剂在活化过硫酸盐降解有机污染物废水中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将具有双活性位点的Cu-BNC催化剂与有机污染物废水混合，进行预吸附；待预吸附达到饱和时，添加过硫酸盐触发氧化反应，完成对有机污染物废水的降解；所述具有双活性位点的Cu-BNC催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加具有双活性位点的Cu-BNC催化剂0.1g～0.2g；所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中加入过硫酸盐0.5mmol～1mmol；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为10mg/L～20mg/L。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述过硫酸盐为过一硫酸盐；所述有机污染物废水为四环素类抗生素废水；所述预吸附的时间为20min～40min；所述氧化反应的时间为20min～60min。
...【技术特征摘要】
1.一种具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法是以碳氮前驱体、硼源和铜盐为原料经煅烧后制备得到具有双活性位点的cu-bnc催化剂。
2.根据权利要求1所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳氮前驱体、硼源和铜盐的质量比为2.5∶1∶0.03～0.1。
3.根据权利要求2所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳氮前驱体为三聚氰胺；所述硼源为硼酸；所述铜盐为三水合硝酸铜。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述碳氮前驱体、硼源和铜盐溶解混合、干燥、研磨、煅烧，具有双活性位点的cu-bnc催化剂。
5.根据权利要求4所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧在氮气气氛下进行；所述煅烧的升温速率为3℃/min～5℃/min；所述煅烧的温度为700℃～900℃，所述煅烧的时间为1h～3h。
6.根据权利要求4所述的具有双活性位点的cu-bnc催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶解混合采用磁力搅拌进行，所述磁力搅拌的...
【专利技术属性】
技术研发人员：章毅，赵越，肖遥，乔璐，陶雅妮，林倩，杨馥榕，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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