[发明专利]可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料及其制备方法、应用。本发明采用Co‑BTC为前驱MOFs，通过研磨将Co‑BTC型MOFs与三聚氰胺、双氰胺或尿素混合，该混合物在惰性气体氛围下高温热解后，经稀酸处理和清洗，获得MOFs基钴/氮掺杂碳材料，该种材料可高效地活化过一硫酸盐，提高降解废水中药品和个人护理用品的处理效率。本发明的MOFs基钴/氮掺杂碳材料活化过一硫酸盐的效果优于常见的传统过一硫酸盐催化剂，制备该催化剂所用的Co‑BTC型MOFs可在室温条件下快速大量合成，其合成所需的四水乙酸钴和均苯三甲酸为常见的低成本药剂，所复合的有机氮，即三聚氰胺、双氰胺或尿素，也都为常见的廉价有机氮源。

技术领域

本发明涉及环境材料技术领域,尤其涉及可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料及其制备方法、应用。

背景技术

在人类生产和生活过程中，不可避免的产生含有药品和人护理用品的有机污染废水。废水中的部分有机物可在环境中长期持久存在，对于生态环境和人体健康都具有一定的威胁。通过传统的水处理技术，不能将其完全去除。本领域技术人员经过长期研发发现基于过一硫酸盐(permonosulfate,PMS)的高级氧化技术对有机污染物具有良好的降解效果。

但是过一硫酸盐本身对于有机污染物的氧化能力效果不理想，因此需要采用一定的方式对过一硫酸盐进行活化。现有技术中，常用的活化方式为：均相催化、异相催化、热活化、碱活化、光活化和超声活化等。

在上述众多活化方式中，异相催化具有操作简单、安全和成本低等优点，因此本领域技术人员一般优选异相催化作为对过一硫酸盐的活化方式。常用的异相催化剂有金属氧化物、金属单质和碳材料。因为金属氧化物和金属单质在活化过一硫酸盐中会有明显的金属溶出，导致二次污染。因而相比较于金属氧化物和金属单质，碳材料明显具有更高的稳定性。其中，活性炭、金刚石、石墨烯、氧化石墨和碳纳米管等碳材料对过一硫酸盐都有一定的活化作用，而对碳材料进行氮掺杂后，对于过一硫酸盐的活化效果具有显著的提高。

针对上述内容，本领域技术人员在进一步的研究中发现，以金属有机框架物(metal organic frameworks,MOFs)为前驱物制备的氮掺杂的碳材料，对过一硫酸盐具有极高的活化效果。

目前，现有技术中所用的前驱MOFs大多为ZIF-67，以ZIF-67为前驱体经过高温热解制备的碳材料，不仅掺杂有部分氮，也会掺杂有部分钴，氮和钴的同时掺杂会明显提高对过一硫酸盐的活化效果。ZIF-67为前驱物制备碳材料催化剂的最大的优势是可室温合成，配体为2-甲基咪唑含有氮元素，可直接作为前驱物制得钴/氮掺杂碳材料，但ZIF-67的产量较低，且大多研究中ZIF-67合成所用溶剂为毒性较高的甲醇。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明实施例的目的是提供可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料及其制备方法、应用。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料，以具有三维结构的Co-BTC型MOFs和有机氮为原料，掺杂有氮元素和钴元素；

碳含量为80％-90％，氮含量为5％-13％，钴含量为0.5％-2％。

本发明同时还提供了一种可活化过一硫酸盐的MOFs基钴/氮掺杂碳材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备Co-BTC型MOFs；

S2：以Co-BTC型MOFs和有机氮为原料制备MOFs基钴/氮掺杂碳材料。

进一步的，所述步骤S1中：将四水乙酸钴溶于水与乙醇任意比的混合溶液，制得前驱液A；

将均苯三甲酸溶于乙醇中，制得前驱液B；