[发明专利]一种稀土单原子催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种稀土单原子催化剂及其制备方法和用途，所述稀土单原子催化剂包括g‑C₃N₄的载体结构和负载在所述载体结构上的稀土单原子。所述稀土单原子催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)将含氮化合物和稀土金属盐混合，得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的所述前驱体在400‑600℃下进行煅烧，之后进行研磨，得到所述稀土单原子催化剂。本发明提供的稀土单原子催化剂催化活性好，环境友好，成本低廉，在含有机污染物的废水处理领域具有较好的应用前景；本发明提供的制备方法操作简单，不添加有毒有害的有机试剂，有利于工业化推广。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种稀土单原子催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

水污染问题是当前影响人类生产和生活的重要环境问题之一。各种工业废水和生活废水的过度排放，降低了自然水体的净化能力，破坏水体环境，影响各种水生生物的生存，进一步威胁到人类的健康与发展。常见的水体污染物主要有重金属、酚类化合物、染料和表面活性剂等，其成分复杂，种类多样。常用的水处理方法主要有凝絮沉淀法、吸附法、生物处理法和生物膜技术，但是以上处理方法工艺复杂，并且容易产生二次污染。

目前，高级氧化法由于其降解效率高、矿化程度高，被认为是处理含有机污染物废水最有前途的方法之一。其主要通过活化过硫酸盐产生具有强氧化能力的硫酸根自由基，对废水中的有机污染物进行氧化处理，从而达到净化废水的目的。常用的过硫酸盐活化催化剂主要为铁、铜、钴和锰等过渡金属基催化剂，但是以上催化剂存在金属离子浸出以及催化性能差等问题。

金属单原子催化剂是一种催化性能好、原子利用率高的催化材料，其中，控制单原子的大小、形状和良好的分散度是获得高稳定和高活性单原子催化材料的关键因素。但是，目前的金属单原子催化材料为了使金属原子更好地分散和锚定在基体上，通常需要添加较多有毒有害的有机试剂，产量小并且成本高，不利于工业化推广。

CN112495417A公开了一种铁单原子催化剂及其制备方法和应用，该制备方法通过将铁盐、硝酸锌、2-甲基咪唑和胺制备得到中间体，将中间体进行锻烧得到铁单原子催化剂。该催化剂的制备过程中使用了咪唑等致癌类药剂，不利于工业化推广。

CN113463131A公开了一种铜单原子催化剂及其制备方法与应用，该方法通过将铜源、还原剂、水和碳粉混合，再依次进行酸洗和加热，得到铜单原子催化剂，该催化剂制备工艺复杂，并且催化性能比较差。

因此，提供一种环保、高效的水处理催化剂，并且能够在实际应用中广泛推广是当前需要解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种稀土单原子催化剂及其制备方法和用途，与现有技术相比，本发明提供的稀土单原子催化剂具有催化活性高、金属浸出浓度小、环境友好且成本低廉等优点，本发明提供的所述稀土单原子催化剂的制备方法可以高效活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，从而去除水体中的有机污染物，并且制备过程中不添加有毒有害的有机溶剂，本发明提供的稀土单原子催化剂可以广泛用于水处理领域。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种稀土单原子催化剂，所述稀土单原子催化剂包括g-C₃N₄的载体结构和负载在所述载体结构上的稀土单原子。