[发明专利]一种三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂，其特征在于：内部具有空腔，铁元素以单原子配位形式存在；所述的空腔通过在纳米硅球上原位生成含碳氮前驱体并嵌入含铁分子后煅烧，再利用碱溶液去除纳米硅球的方式得到。

2.根据权利要求1所述的一种三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂，其特征在于：所述的含碳氮前驱体采用共价三嗪骨架；所述的含铁分子采用乙酰丙酮铁；乙酰丙酮铁嵌入到共价三嗪骨架的孔隙中。

3.一种三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将对苯二甲腈溶于三氟甲烷磺酸后，加入纳米硅球并混合均匀；

步骤二、对步骤一所得混合物进行加热聚合；经水洗、分离后得到沉淀物；

步骤三、将步骤二所得沉淀物干燥、研磨后，得到白色粉末；将所得白色粉末与乙酰丙酮铁共同加入甲醇中进行搅拌；对固液分离后得到的固态产物进行煅烧；

步骤四、对步骤三所得产物依次使用酸液浸泡和碱洗，得到铁/氮掺杂的碳基催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述三氟甲烷磺酸与对苯二甲腈的摩尔比为5～11:1；步骤一中，所述纳米硅球与对苯二甲腈的摩尔比为4～8:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，煅烧条件为700～1000℃、氩气条件下煅烧100～150min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述的酸液为盐酸；使用氢氧化钠碱洗。

7.如权利要求1所述的铁/氮掺杂的碳基催化剂在有机污染废水的催化氧化降解处理中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的有机污染废水为含酚废水。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：催化氧化降解处理的具体过程为：向被处理废水中加入氧化剂过硫酸盐，超声使过硫酸盐溶解，然后加入三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂，在15～35℃温度并持续搅拌的条件下进行反应，完成对水中有机污染物的降解。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述的过硫酸盐相对于被处理废水的用量为0.10～0.25g/L；所述三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂相对于被处理废水的用量为0.05～0.2g/L。