[发明专利]一种非均相铁基双金属单原子催化剂的制备方法

说明书

一种非均相铁基双金属单原子催化剂的制备方法，该催化剂由氮掺杂石墨烯作为基底，负载单原子铁/M构成，其中单原子铁物种含量占催化剂重量的1.00～2.00％，单原子M物种含量占催化剂重量的1.00～2.00％。先将大缺陷氧化石墨烯分散液(GO)与可溶性镍盐、铁盐充分搅拌，加入适量氮源(双氰胺DCDA或者三聚氰胺MELA)，搅拌均匀，后冷冻干燥处理制得前驱体Fe/M‑GO随后在高纯Ar氛围下高温处理后，再经酸浸处理即可得到铁基双金属单原子催化剂Fe/M‑NRGO。该催化剂用于活化过硫酸盐处理含酚废水时具有优异的催化活性及重复使用性。

技术领域

本发明涉及非均相铁基双金属单原子催化剂的制备技术领域，尤其涉及一种用于直接活化过硫酸盐处理含酚废水的氮掺杂石墨烯铁基双金属单原子催化剂的制备方法。

背景技术

基于苯酚及其衍生物对环境造成的严重威胁，过硫酸盐活化的高级氧化技术被认为是一种新型、高效的处理手段。非均相铁基双金属单原子催化剂的使用被认为是最为高效、节能的选择，然而这种选择仍然存在一定的限制，如反应过程传质效率较低、金属浸出率较高、矿化率较低等等，因此开发新型环境友好型的催化剂材料十分必要。近年来，由于绿色化学观念的普及，基于可持续发展战略，人们从提高原子经济性和节能环保等方面着手，将注意力逐渐转移到活化过硫酸盐去除苯酚上。

单原子催化剂(SACs)可以融合非均相催化和均相催化之间的差距，在许多催化体系中显示出巨大的应用潜力。SACs显示出明显金属利用率高、原子与载体之间的强相互作用、高催化活性、低配位数等优点。而且，支撑在各种底物上的SACs赋予它们可调节的催化活性，选择性和耐久，其中石墨烯具有较大的比表面积，有利于单原子催化剂的分散和固定，还具有多孔结构，可以实现快速的质量和能量转移，以及可调的化学配位环境，被认为是限制单原子的理想载体。随着对SACs的深入研究，发现非贵金属SACs廉价但同样具备贵金属的优异催化性能，可研究范围比较广泛。本发明的研究采用以氮掺杂石墨烯为载体，负载镍铁双金属单原子制备出直接活化过硫酸盐去除苯酚的催化剂。实现了针对苯酚污染高效快速的降解与矿化，同时降低催化剂的金属浸出，提高催化剂的重复利用率，实现环境友好。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的非均相铁基双金属单原子催化剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种非均相铁基双金属单原子催化剂，该催化剂由氮掺杂石墨烯、负载单原子铁和单原子M构成；

一种非均相催化的制备方法包括以下步骤：

S1：将已经制备的氧化石墨经大功率超声仪中超声剥离、等离子处理或双氧水深度氧化等缺陷处理中的一种或者多种处理方式组合处理得到氧化石墨烯(GO)，得到大缺陷氧化石墨烯分散液；

S2：将可溶性Fe金属盐、金属M盐和氮源双氰胺(DCDA)或三聚氰胺或尿素中的一种或多种按照先后顺序加入S1中，Fe/M元素占GO固含量质量分数0.5～2.0％，氮源和GO的质量比为15:1～45:1。

S3：室温搅拌24h，然后冷冻干燥制得Fe/M-GO前驱体。

S4：将S3得到的前驱体放入石英舟中，在高纯Ar氛围下，以5-10℃/min的升温速率升温至500℃保温3h，然后升温至800℃下保温4h，自然冷却至室温，得到黑色粉末；

S5：将S4得到的黑色粉末加入到0.5M H2SO4或1.0M HCl溶液中，60-90℃下恒温搅拌12h后，过滤洗涤黑色固体至中性，并将固体放于真空干燥箱中烘干，即得到Fe/M-NRGO双金属单原子催化剂，催化剂中金属Fe负载量为1.00～2.00％，金属M负载量为1.00～2.00％。

进一步地，所述单原子M和所述金属M盐中的M为V/Cr/Mn/Co/Cu/Mo/W中任意一种。

进一步地，所述该催化剂中：