[发明专利]一种利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法

说明书

本发明公开了一种利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，包括以下步骤：将氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂、过硫酸盐与含有机污染物水体混合进行降解反应，完成对水体中有机污染物的降解，其中氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂包括氮掺杂多孔碳，氮掺杂多孔碳中掺杂有单原子钴。本发明利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，具有抗水质干扰能力强、降解效率高、绿色环保等优点，能够高效去除水体中的有机污染物，使用价值高，应用前景好。

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，涉及一种利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法。

背景技术

近年来，过硫酸盐类高级氧化技术用于水净化受到广泛关注，由于活化方法多样，反应活性物质产量高和适用范围广等优势。过硫酸盐可通过紫外照射、热、碱、超声和催化剂等方法来活化以产生高反应活性物质，从而对顽固性有机污染物进行高效降解。目前，催化性能最佳的活化方法是添加钴离子，但其毒性较大。尽管通过将其负载或固定在载体上制备成固相催化剂，但钴溶出始终难以避免。

碳材料用于催化活化过硫酸盐被广泛研究，而且采用金属和氮共掺杂策略能够进一步强化其催化性能。在本申请发明人的前期研究中，采用铁原位掺杂沸石咪唑酯骨架和高温煅烧法制备出高性能铁氮共掺杂多孔碳，其展示高效催化性能且无金属溶出。然而，构建体系易受水质的影响，并在模拟实际废水中难以展现出优异的降解效能。因此，如何获得一种催化活化高、抗水质干扰能力强和绿色环保的过硫酸盐催化剂是当务之急。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种抗水质干扰能力强、降解效率高、绿色环保的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，包括以下步骤：将氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂、过硫酸盐与含有机污染物水体混合进行降解反应，完成对水体中有机污染物的降解；所述氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂包括氮掺杂多孔碳，所述氮掺杂多孔碳中掺杂有单原子钴。

上述的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，进一步改进的，所述氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂是以Co/Zn-ZIF材料为原料经煅烧后制备得到。

上述的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，进一步改进的，所述煅烧在惰性气体保护下进行；所述惰性气体为氩气或氮气；所述煅烧过程中的升温速率为2℃/min～5℃/min；所述煅烧的温度为600℃～1000℃；所述煅烧的时间为在2h～6h。

上述的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，进一步改进的，所述Co/Zn-ZIF材料由以下方法制备得到：将含钴和锌溶液与2-甲基咪唑溶液混合，搅拌8h～24h，离心，采用甲醇洗涤离心后的产物3次～7次，在40℃～70℃的真空条件下干燥，得到Co/Zn-ZIF材料；所述含钴和锌溶液中钴的摩尔含量为总金属摩尔含量的0.1％～20.0％。

上述的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，进一步改进的，所述含钴和锌溶液由钴盐和锌盐溶于甲醇中制备得到；所述锌盐为硝酸锌；所述钴盐为氯化钴、硝酸钴和硫酸钴中的至少一种；所述2-甲基咪唑溶液由2-甲基咪唑溶于甲醇中制备得到。

上述的利用氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂活化过硫酸盐降解水体中有机污染物的方法，进一步改进的，所述氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂的添加量为每升含有机污染物水体中添加氮掺杂多孔碳锚定的单原子钴催化剂0.01g～0.2g。