[发明专利]一种生物质碳基Fe单原子-N掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用

说明书

一种生物质碳基Fe单原子‑N掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用，涉及一种多孔碳材料的制备方法及其应用。本发明的目的是要解决现有塑料农膜制备成本高，废弃时降解效果差和污染环境的问题。方法：一、制备核桃壳基氮掺杂多孔碳材料；二、制备Fe‑N掺杂多孔碳材料；三、制备生物质单原子催化剂。生物质碳基Fe单原子‑N掺杂多孔碳材料作为光催化剂用于制备光降解地膜。本发明制备的生物质碳基Fe单原子‑N掺杂多孔碳材料制备方法简单，对环境无污染，对地膜降解具有可调节，同时具有成本降，催化效率高的优点。本发明可获得一种生物质碳基Fe单原子‑N掺杂多孔碳材料。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料的制备方法及其应用。

背景技术

众所周知，塑料作种为一材料，其用途已经渗透到国民经济各部门以及人民生活各个领域，随着塑料农膜大面积推广应用，已掀起了一场农业上的“白色革命”。以开发降解塑料是解决塑料废弃物处理问题的主流，也是处理难回收利用的一次性用品污染问题的重要途径，已成为目前塑料应用领域的热门研究，也取得了较快发展。可降解塑料光降解地膜因其利用太阳光来降解，不需要额外的能量，所以备受人们的关注。降解是充分利用自然界最丰富的资源-太阳光来达到降解地膜的目的。热氧化降解膜尽管兼顾有降解周期可控、成本低、能够满足实际需要等诸多优势，但就目前研究来看，热氧化剂要在远高于环境大气温度的情况下才能发挥作用，降解温度一般在70℃以上，因此其实际应用受到限制，该类降解方式主要是在堆肥环境和垃圾场下运用较多。

光催化和热催化一直以来作为两种相互独立的催化条件，被应用到不同的催化体系中。长期探索发现两种催化技术自身均存在不足。光催化技术面临着可利用的光源有限，对于许多化学反应，入射光给予的初始能量并不能有效地激发目标反应的开始。相对而言，热催化技术虽然可以通过提高温度促使化学反应的发生，但是热催化反应能耗较高，而且会影响产物的稳定性以及选择性。

发明内容

本发明的目的是要解决现有塑料农膜制备成本高，废弃时降解效果差和污染环境的问题，而提供一种生物质碳基Fe单原子-N掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用。

一种生物质碳基Fe单原子-N掺杂多孔碳材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备核桃壳基氮掺杂多孔碳材料：

①、将核桃壳炭粉末、尿素、邻苯二胺和氢氧化钾混合，再球磨，得到混合物Ⅰ；

②、将混合物Ⅰ放入氧化铝瓷舟中，再将氧化铝瓷舟放入管式炉中，室温下向管式炉中通入惰性气体，再在惰性气体气氛下以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至250℃～350℃，保持1h～2h，再以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至750℃～800℃，保持1.5h～2.5h，最后冷却至室温，得到反应产物Ⅰ；

③、首先使用盐酸对反应产物Ⅰ进行清洗，再使用蒸馏水将反应产物Ⅰ清洗至中性，最后抽滤干燥，得到核桃壳基氮掺杂多孔碳材料；

二、制备Fe-N掺杂多孔碳材料：

①、室温下将无机盐、分散剂、核桃壳基氮掺杂多孔碳材料和去离子水混合，然后搅拌，再在50℃～55℃真空旋转蒸发，得到固体物质；将固体物质研磨成细粉末，得到混合物Ⅱ；

步骤二①中所述的无机盐为铁盐与Na₃PO₄、K₂CO₃、Na₂CO₃、ZnCl₂和MgCO₃中的一种或其中几种的混合物；

步骤二①中所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺和古尔胶中的一种或其中几种的混合物；

步骤二①中所述的无机盐、分散剂、核桃壳基氮掺杂多孔碳材料和去离子水质量比为5:1:2:3；