【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米复合材料，特别涉及一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
1、罗丹明b作为一种广泛使用的水溶性染料，因其对环境和人类健康的潜在危害而备受关注。这种染料不仅对水生生物具有毒性，还可能引起肝脏和肾脏损伤，对皮肤和呼吸系统也有刺激作用。随着工业化进程的加速，罗丹明b等有机污染物的排放量不断增加，对水体环境造成了严重污染。因此，开发有效的方法来降解罗丹明b，减少其对生态系统和人类健康的负面影响，已成为环境治理领域的紧迫任务。
2、为了应对这一挑战，微生物燃料电池（mfcs）作为一种创新的环境净化技术，提供了一种将有机污染物转化为电能的可持续解决方案。mfcs通过微生物代谢作用，将废水中的有机物质转化为电能，实现了污染物的减量化和能源的回收。然而，微生物燃料电池的性能在很大程度上受限于其阴极的氧还原反效率。传统的基于贵金属的催化剂，如铂，虽然具有较高的催化活性，但其高昂的成本和资源稀缺性限制了微生物燃料电池的广泛应用。
3、针对这一问题，金属有机框架（mofs）衍生的碳材料因其独特的多孔结构和可调控的化学组成而成为研究的热点。特别是，氮掺杂的碳材料因其能够提供更多的活性位点和改善电子传导性而备受关注。而铜具有适合的生物相容性。因此如何制备具有高稳定性和高氧还原反应催化效率的铜嵌入氮掺杂碳材料并将其作为微生物燃料电池的阴极催化剂增强产电和罗丹明b降解能力值得深入研究。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、制备cu基金属有机框架材料：
4、将乙酸铜(ii)一水合物溶解，制备得到溶液a，将2,5-二羟基对苯二甲酸溶解制备得到溶液b，将溶液a滴加到溶液b中，混合均匀后静置，过滤收集固体，再将所得固体重结晶，得到cu基金属有机框架材料，记为cda；
5、s2、制备空心纤维状聚合物lzu1：
6、将均苯三甲醛和均苯三甲酸混合溶解，经过超声和搅拌处理后再加入对苯二胺，搅拌，加入冰醋酸，搅拌，静置，过滤收集沉淀物，洗涤、干燥，甲醇浸洗、旋转蒸发、真空干燥，得到空心纤维状聚合物lzu1；
7、s3、制备铜嵌入氮掺杂碳复合材料：
8、将步骤s1制备的cda和g-c3n4混合均匀后进行煅烧，得到cda/nc复合材料；将cda/nc复合材料与步骤s2制备的空心纤维状聚合物lzu1均匀混合于溶液中，搅拌，收集固体产物真空下干燥，得到铜嵌入氮掺杂碳复合材料，记为cl/nc。
9、优选的是，步骤s1具体为：
10、s1-1、将104-419mg的乙酸铜(ii)一水合物溶解在10-20ml由n,n-二甲基甲酰胺（dmf）和乙腈（ch3cn）组成的混合溶剂1中，得到溶液a，其中，n,n-二甲基甲酰胺：乙腈的体积比为1:1-1:4；
11、将46.8-187.2mg的2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在10-20ml由dmf、ch3cn和去离子水组成的混合溶剂2中，得到溶液b，其中，dmf：ch3cn：去离子水的体积比为1-4:0.5-2:0.1-0.3；
12、s1-2、在搅拌下，按照溶液a：溶液b的体积比为1:2-1:10，将溶液a以3-12μl/s的速率滴加到溶液b中，滴加完成后保持搅拌1-4小时，所得混合液室温下静置20-28小时，过滤，收集固体，得到前驱体；
13、s1-3、将5-20mg前驱体加入到含有10-40mg的十二烷基苯磺酸钠、6-24ml的甲醇和0.5-2ml去离子水的混合溶液中，室温下静置4-16h进行重结晶，过滤收集沉淀，去离子水洗涤，50-80℃下真空干燥6-24小时，得到cu基金属有机框架材料，记为cda。
14、优选的是，步骤s2具体为：
15、s2-1、将40-160mg的均苯三甲醛和20-80mg均苯三甲酸溶解在5-20ml的1,4-二氧六环中，超声分散5-15min，再搅拌5-15min后向所得溶液中加入80-320mg的对苯二胺，继续搅拌5-15min，加入0.1-0.4ml的1.5-6mol/l的冰醋酸，并继续搅拌20-28小时，然后在室温下密封静置45-51h；
16、s2-2、过滤收集沉淀，依次用四氢呋喃和丙酮各洗涤三次，50-70 ℃的真空下干燥20-28h；将所得固体浸泡在甲醇中，然后旋转蒸发，重复2-6次，最后在50-70℃下真空干燥20-28h，得到空心纤维状聚合物lzu1。
17、优选的是，步骤s3具体为：
18、s3-1、将25-100mg步骤s1制备的cda加入在10-40ml甲醇中，超声分散5-15min，向所得溶液中加入50-200mg的g-c3n4，超声分散0.5-2h，旋转蒸发去除溶剂，所得混合物粉末在50-70℃下真空干燥6-24小时，氮气保护、600-900℃下煅烧1-3h，得到cda/nc复合材料；
19、s3-2、将15-60mg的cda/nc分散在10-40ml的甲醇中，然后加入6-24mg步骤s2制备的空心纤维状聚合物lzu1，超声分散20-40min，在室温下搅拌12-48h，所得混合物在50-70℃下真空干燥1-4小时，得到铜嵌入氮掺杂碳复合材料，记为cl/nc。
20、优选的是，步骤s3-1中，煅烧温度为700℃。
21、优选的是，所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法包括以下步骤：
22、s1、制备cu基金属有机框架材料：
23、s1-1、将209.63mg的乙酸铜(ii)一水合物溶解在15ml由n,n-二甲基甲酰胺（dmf）和乙腈（ch3cn）组成的混合溶剂1中，得到溶液a，其中，n,n-二甲基甲酰胺：乙腈的体积比为1:2；
24、将93.62mg的2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在15.75ml由dmf、ch3cn和去离子水组成的混合溶剂2中，得到溶液b，其中，dmf：ch3cn：去离子水的体积比为2:1:0.15；
25、s1-2、在转速为200rpm的搅拌下，按照溶液a：溶液b的体积比为1:5，将溶液a以6μl/s的速度滴加到溶液b中，滴加完成后保持搅拌2小时，所得混合液室温下静置24小时，过滤，收集固体，得到前驱体；
26、s1-3、将10mg前驱体加入到含有20mg的十二烷基苯磺酸钠、12ml的甲醇和1ml去离子水的混合溶液中，室温下静置8本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为：
3.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：
4.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：
5.根据权利要求4所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3-1中，煅烧温度为700℃。
6.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料，其特征在于，其通过如权利要求1-6中任意一项所述的方法制备得到。
8.一种如权利要求7所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料在微生物燃料电池中的应用，其特征在于，应用方法为：将所述铜嵌入氮掺杂碳复合材料作为催化剂涂布在阴极表面，然后利用所得阴极组装成微生物燃料电池。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法为：将所述铜嵌入氮掺杂碳复合材
10.一种如权利要求7所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料在降解罗丹明B中的应用，其特征在于，应用方法为：将所述铜嵌入氮掺杂碳复合材料作为催化剂涂布在阴极表面，然后利用所得阴极组装成微生物燃料电池，用该微生物燃料电池进行罗丹明B的降解。
...【技术特征摘要】
1.一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2具体为：
4.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3具体为：
5.根据权利要求4所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3-1中，煅烧温度为700℃。
6.根据权利要求1所述的铜嵌入氮掺杂碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.一种铜嵌入氮掺杂碳复合材料，其特征在于，其通过如权利要求1-6中任意一项所述的方法制...
【专利技术属性】
技术研发人员：张沛之，徐凯，
申请(专利权)人：江苏苏城低碳科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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