[发明专利]氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂制备方法及应用

说明书

本发明涉及复合碳材料和环境治理中高级催化氧化技术领域，具体公开了一种氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂制备方法及应用，包括以下步骤：将废旧D001树脂置于容器之中，并加入乙醇，放入摇床中进行振荡，倒去乙醇；重复上述先醇洗后水洗的步骤1～2次后，将废旧D001树脂烘干；将废旧D001树脂倒入至配置好的金属钴离子溶液之中，放入摇床中进行振荡，倒出溶液并抽干残液；并加入双氰胺，搅拌均匀；将废旧D001树脂置于管式炉中，在氮气保护下进行煅烧，即可制得氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂。本发明的制备方法简单，成本低廉，合成条件温和，资源化程度高，固液分离方便，可回收和再生使用，有利于大规模推广。

技术领域

本发明涉及复合碳材料和环境治理中高级催化氧化技术领域，尤其涉及一种氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂制备方法及应用。

背景技术

目前，传统的高级氧化技术AOPs是利用产生的具有强氧化性作用的·OH来氧化降解有机污染物，相比·OH高级氧化技术，以SO₄^-·为基础的高级氧化技术，具有氧化能力强、氧化剂稳定性好、氧化剂利用率高和适用PH广的优点，在难降解有机污染物去除方面受到收来越多的关注，SO₄^-·由活化过硫酸盐PS和过一硫酸氢盐PMS获得，PMS的性质稳定，是一种无毒、功能多样的氧化剂，它是，过硫酸氢钾复合盐(2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄)的主要活性组分，常见的活化方式，包括热活化、紫外光活化、碳材料活化以及过渡金属硫化物或氧化物激发和活化，其中，过渡金属活化PMS的能力高效、快速，因此有关过渡金属催化剂来催化PMS降解水中污染物成为研究的热点，研究表明，金属钴的标准氧化还原电位与PMS分解的氧化还原电位很接近，因此金属钴是活化PMS能力最好的元素，金属钴负载制备的催化剂，相比于其材料本身，在活化PMS降解有机污染物方面有巨大的提升。

硫元素在Fenton或类Fenton等反应过程中会产生很多正面影响，常见的过渡金属如铁、钴、铜、锰等对H₂O₂和PMS均有一定的催化活性，另外，对过渡金属硫化物的研究大多集中在对其还原性质的利用上，或将其用来电催化产氢，故各过渡金属硫化物可以作为一种较为新颖的催化材料有效催化活化H₂O₂或PMS降解水体中的有机污染物，且硫元素电负性较强，与过渡金属形成化合物，稳定性较好，此外，自然界硫矿物存量丰富，因此将其作为一种高效、绿色且经济的环境催化剂，具有广阔的实际应用前景。

为了使得催化剂在实际工程应用中发挥更大的作用，控制催化剂本身的成本也很重要，而碳材料相比于金属氧化物具有更低廉的价格，且也具备比表面积，利于金属氧化物和硫化物等的附着，氮掺杂碳材料以其独特的性质在催化研究领域具有广泛的应用，氮掺杂过程可引入缺陷位及氮物种，氮中的五个可用价电子使得其掺杂碳能形成强共价键，有利于金属载体相互作用，并且氮物种可以提高金属等活性组分的分散度和稳定性，从而提升催化性能，D001阳离子离子交换树脂的基本组成元素为C、S、O、H等，其中C、S含量很高，且废旧树脂价格低廉，来源广泛，如果可以此为原料制备碳材料，利用其强阳离子交换性吸附一定量的金属钴，再与含氮组分混合共热煅烧制得碳球型催化剂材料，不仅降低废旧离子交换树脂的处理处置成本，而且还可以为制备高效碳材料提供一种新的原料，为制备氮掺杂金属基碳材料提高新的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂制备方法及应用，旨在解决现有技术中的催化剂成本高、合成方法繁琐和制备过程材料存在损耗的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种氮掺杂钴载废旧树脂基碳球催化剂制备方法，包括以下步骤：

将废旧D001树脂置于容器之中，并加入乙醇，在25℃条件下，放入摇床中进行振荡，振荡摇匀后，倒去乙醇，加入纯水洗涤两次；

重复上述先醇洗后水洗的步骤1～2次后，将所述废旧D001树脂烘干；