【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂及其制备，涉及一种高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，环境污染是全球重点关注的主要问题之一，有机染料广泛应用于食品、纺织、造纸等工业技术中，每年产生的大量染料污水亟待处理；有机染料结构复杂，在污水中高度稳定，因此，开发一种低成本、环境友好的染料降解技术是十分迫切的。
2、现有的染料降解技术以制备光催化剂为主，但这些催化剂几乎都需要用到外界光源如可见光、紫外线的激发，其应用受到了一定程度的限制；近年来已有研究人员致力于无需光激发的催化剂的开发，单原子催化剂由于其超高的原子利用率和明确的结构已被广泛研究；例如专利文献cn116651483a公开了一种α或γ-fe改性fe-n-c材料的制备方法及应用，fe-n-c在3.0～9.0的宽ph范围内表现出高活性，对阴离子和天然有机物具有优异的抵抗能力，在实际废水处理中具有良好的前景。当fe-n-c-1和pms都存在于溶液中时，降解效率在40min内提高到82.8％，可见，现有催化剂在降解有机污染物时，仍需要外加强氧化剂如过硫酸盐、过氧化氢等用以降解染料，这些氧化剂不但具有一定的生物毒性，也无疑增加了生产成本和工艺的复杂性；此外，目前降解污染物的催化剂在应用时几乎都对水体环境的ph有着苛刻的要求，在降解前需要调节废水的ph，专利文献cn116651483a中公开的催化剂能在酸性以及弱碱范围内使用，对于强碱废水还是需要二次调节污水的ph，而二次调节污水的ph使得工艺的复杂程度明显提高，并且可能会再次造成水体污染。p>
技术实现思路
1、针对上述催化剂在降解废水中需要外界光激发、外加氧化剂或对污水ph要求严苛，导致处理成本高和处理工艺复杂的技术问题，本专利技术提供一种高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂及其制备方法及应用。
2、本专利技术通过在中空zif-8的表面修饰聚多巴胺来制备具有高比表面积和富含碳缺陷的铁单原子催化剂vc-fe-n-c@nc，制备的催化剂无需外加光源和氧化剂，在自然环境甚至黑暗环境下可直接对有机染料废水中的污染物进行高效降解，处理成本降低、处理过程简单，催化剂具有较宽的ph应用范围。本专利技术采用的技术方案是：
3、一种高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、1)利用六水合硝酸锌、2-甲基咪唑和甲醇溶液，配制混合溶液；所述六水合硝酸锌和2-甲基咪唑质量比为0.5～1.5：1；
5、2)步骤1)的混合溶液离心、洗涤、干燥得到zif-8固体；
6、3)将zif-8固体分散于含有单宁酸的甲醇溶液中，依次经搅拌、离心、洗涤和干燥得到中空zif-8固体；所述zif-8固体和单宁酸质量比为0.1～0.5：1，所述单宁酸和甲醇的质量比为0.005～0.02：1；
7、4)将步骤3)的中空zif-8固体分散于缓冲溶液中，超声5min～30min后，加入盐酸多巴胺搅拌均匀，依次经离心、洗涤和干燥得到中空zif-8@pda热解前驱体；所述中空zif-8固体和盐酸多巴胺的质量比为5～0.05：1，所述中空zif-8固体和缓冲溶液的质量比为0.02～0.0003：1；
8、5)在惰性气氛下，铁源和步骤4)的中空zif-8@pda热解前驱体按照质量比0.5～1.5：1共同煅烧，得到黑色固体，即目标产物vc-fe-n-c@nc。
9、进一步限定，所述步骤1)中，搅拌温度为室温，搅拌时间为4h～8h。
10、进一步限定，所述步骤3)中的搅拌时间为1min-10min。
11、进一步限定，所述步骤4)中，搅拌时间为3h～15h，所述缓冲溶液的ph为8～10。
12、进一步限定，所述步骤5)中，惰性气体为氮气或氩气；所述铁源为二茂铁、三氯化铁或氯化亚铁；煅烧包括第一段煅烧和第二段煅烧。
13、进一步限定，所述第一段煅烧条件为：温度为100℃～200℃，保持时间为1h～3h，升温速率为1℃/min～5℃/min；所述第二段煅烧的条件为：温度为800℃～1000℃，保持时间为1h～3h，升温速率为1℃/min～10℃/min。
14、利用所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法所制备得到的碳缺陷型铁单原子催化剂。
15、如所述的碳缺陷型铁单原子催化剂在降解有机染料废水中的应用。
16、进一步限定，所述应用是在无外加光源下，将碳缺陷型铁单原子催化剂直接加入至有机染料废水中催化降解有机染料。
17、进一步限定，所述降解的有机染料为罗丹明b、甲基橙或亚甲基蓝。
18、本专利技术的有益效果是：
19、1、本专利技术通过在中空zif-8的表面修饰聚多巴胺来制备具有高比表面积和富含碳缺陷的铁单原子催化剂vc-fe-n-c@nc，从而显著提高其活化水中的溶解氧的能力，制备的催化剂无需外加光源和氧化剂，在自然环境甚至在黑暗环境下可直接对有机染料废水中的污染物进行高效降解，处理成本降低、处理过程简单，在染料污水处理方面具有广阔的应用前景。
20、2、本专利技术通过在中空zif-8的表面修饰聚多巴胺，在高温碳化过程中，热解前驱体表面的聚多巴胺层会阻止zn元素的逸出，从而增加zn在热解前驱体中的停留时间，导致制备的催化剂的孔径从微孔到中孔范围急剧增加，即在热碳化过程中通过增加zn在中空zif-8@pda中的停留时间来扩大zif-8衍生碳的孔径，从而获得具有高比表面积和富含碳缺陷的铁单原子催化剂vc-fe-n-c@nc。比表面积增大，使得反应物与催化剂接触的表面积增大，从而加快反应速率；孔径增大，有利于反应物和产物运输到催化剂内部的活性位点，提高催化剂活性位点的利用率，另外碳缺陷本身也可以作为新的活性位点，从而使催化性能显著提升，0.1g/l的催化剂在10min内对罗丹明b和甲基橙的降解率可达99％以上，对亚甲基蓝的降解率可达97％以上，降低速度快，降解效果好。
21、3、本专利技术制备的vc-fe-n-c@nc单原子催化剂在降解有机废水时，无需额外添加氧化剂，从而减少了降解过程中氧化剂产生的生物毒性，降解过程绿色、环保、安全。
22、4、本专利技术制备的催化剂在降解有机染料废水时，催化剂在ph为3～11的较宽范围对有机染料均能呈现出很好的降解效果，无论在强酸或强碱体系中均能实现对有机物的高效、快速降解，克服了现有催化剂降解时对水体环境ph要求严苛的缺点，应用时，无需二次调节有机染料废水的ph，催化剂可直接加入废水中完成降解，有利于工业应用。
23、5、本专利技术制备的碳缺陷型铁单原子催化剂，制备过程简单，原料易得，制备成本低，环境友好。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，搅拌温度为室温，搅拌时间为4h～8h。
3.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的搅拌时间为1min-10min。
4.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，搅拌时间为3h～15h，所述缓冲溶液的pH为8～10。
5.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，惰性气体为氮气或氩气；所述铁源为二茂铁、三氯化铁或氯化亚铁；煅烧包括第一段煅烧和第二段煅烧。
6.根据权利要求5所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一段煅烧条件为：温度为100℃～200℃，保持时间为1h～3h，升温速率为1℃/min～5℃/min；所述第二段
7.如权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法所制备得到的碳缺陷型铁单原子催化剂。
8.如权利要求7所述的碳缺陷型铁单原子催化剂在降解有机染料废水中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用是在无外加光源下，将碳缺陷型铁单原子催化剂直接加入至有机染料废水中催化降解有机染料。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述降解的有机染料为罗丹明B、甲基橙或亚甲基蓝。
...【技术特征摘要】
1.一种高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，搅拌温度为室温，搅拌时间为4h～8h。
3.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的搅拌时间为1min-10min。
4.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，搅拌时间为3h～15h，所述缓冲溶液的ph为8～10。
5.根据权利要求1所述的高效降解有机染料的碳缺陷型铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，惰性气体为氮气或氩气；所述铁源为二茂铁、三氯化铁或氯化亚铁；煅烧包括第一段煅烧和第二段煅烧。
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。