[发明专利]钴单原子掺杂碳基催化剂的制备方法及其在电芬顿系统降解邻苯二甲酸酯类的应用

说明书

本发明公开了钴单原子掺杂碳基催化剂的制备方法及其在电芬顿系统降解邻苯二甲酸酯类的应用，包括以下步骤：(1)使用电子天平称取6g三聚氰胺、1.5g/L半胱氨酸和20mg六水合氯化钴，一起放入玛瑙研钵中研磨均匀；(2)随后一边研磨一边滴加盐酸与乙醇的混合溶液(混合比例1:5)共10ml，直至乙醇完全挥发；(3)将剩下的混合物放入50‑100℃的烘箱中干燥，并取出再次将其研磨成均匀粉末状；(4)放入管式炉中，在Nsubgt;2/subgt;环境下进行两级热解与碳化处理；本发明采用软模法制备了形貌良好的二维杂原子掺杂的Co@NSC催化剂用于修饰电芬顿系统的碳布阴极，较高的表面积会暴露更多的活性位点，介孔结构可以促进反应物和活性物质的运输，促进Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;的生成与活化。

技术领域

本发明涉及环境功能材料技术领域，提供钴单原子掺杂碳基催化剂的制备方法及其在电芬顿系统降解邻苯二甲酸酯类的应用。

背景技术

邻苯二甲酸酯(PAEs)属于内分泌干扰物，无色、难挥发且难溶于水的合成有机化合物。PAEs可以提高材料的强度、硬度、可塑性以及耐久性，因此它常常被广泛应用于塑料、农药、化妆品等各种工业生产之中。根据信息处理服务统计，2021年全球PAEs的年消费量超过350万吨，其中中国是全球最大的增塑剂消费市场。因为PAEs属于非极性分子，并不与塑料中的聚合物分子共价结合，所以当它们很容易从产品中迁移出来，从而直接或间接释放到各种环境中，例如土壤、沉积物、河流、海水和大气层均检测到含有PAEs。

PAEs与聚合物的结合较弱，因此它们很容易从产品中释放并迁移到环境中。目前包括大气、土壤和水环境中均能检测到PAEs。例如垃圾填埋场中所含的PAEs可以通过雨水和垃圾渗滤液迁移至地下水之中；此外，PAEs在空气中的含量也相当丰富，通过人体呼吸作用直接暴露于其中；甚至从工厂及城市废水中排放的PAEs会通过饮用水或生物链使PAEs在生物体内积累。据报道生活废水中检测到的PAEs浓度从1μg/L到100μg/L不等。PAEs属于内分泌干扰物质之一，当人体长期暴露其中不仅会导致生殖系统异常，还会造成神经和免疫疾病，甚至会导致癌症。由于易迁移及其难降解和生物毒性，PAEs在中国、韩国、美国和欧盟等多个国家受到使用限制，但是仍无法将其完全杜绝。因此目前迫切需要一个合适的处理方法，将其从环境中彻底去除。

DMP作为塑料中使用最广泛的邻苯二甲酸酯之一，也是PAEs中水溶性最好的一种，水解半衰期超过3年，在水溶液中相当稳定，并被美国环境保护署列为优先污染物。因此，选择DMP作为目标污染物进行研究。

得益于清洁能源技术快速发展，电能的产生途径也变得越发绿色环保。电芬顿技术作为高级氧化技术中的一种，因为其反应迅速，操作简便，降解彻底等优点得到广泛关注。采用电极曝气的石墨毡电极对DMP废水进行电芬顿处理的实验结果表明，EA的降解效率和TOC矿化率分别比溶液曝气(SA)高50％和54％。如果进一步研究开发电能利用率高、高效、制作成本低的电芬顿阴极材料，将电芬顿技术与其他水处理技术相结合，在降低水处理成本的同时提高出水水质，就能在促进社会经济高速发展的同时，还保障了人类与环境的健康。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供可以对DMP完全降解，可除去水环境中的有毒有害物质的复合电催化剂，该方法合成工艺简单，形成的电催化剂具有丰富的孔隙结构，较大的孔体积和比表面积，同时具备良好的稳定性和重复利用性的钴单原子掺杂碳基催化剂的制备方法及其在电芬顿系统降解邻苯二甲酸酯类的应用。

技术方案：钴单原子掺杂碳基催化剂的制备方法及其在电芬顿系统降解邻苯二甲酸酯类的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使用电子天平称取6g三聚氰胺、1.5g/L半胱氨酸和20mg六水合氯化钴，一起放入玛瑙研钵中研磨均匀；

(2)随后一边研磨一边滴加盐酸与乙醇的混合溶液(混合比例1:5)共10ml，直至乙醇完全挥发；