【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及兩電子電還原產過氧化氫的，具體涉及一種分子印跡式co-n-c催化劑及其制備方法與高效電還原產h2o2中的應用。
技術介紹
1、本部分提供的僅僅是與本公開相關的背景信息，其并不必然是現有技術。
2、過氧化氫是一種具有較強氧化能力的氧化劑，在能源化工、廢水處理和醫療行業中有著廣泛的應用。其在化工和醫療領域常常作為漂白劑和消毒劑來使用。在廢水處理領域由于其自身的強氧化性，已經廣泛用于染料、抗生素、酚類、農藥等多種污染物的降解。傳統工業
3、生產過氧化氫主要依賴于蒽醌工藝，該工藝是通過蒽醌連續的加氫和氧化等多個工藝合成過氧化氫，且在整個過程中需要使用到有毒有害試劑和價格昂貴的鈀催化劑，最后經過分離提純得到過氧化氫。除此之外，傳統蒽醌工藝的建設往往需要較高的投資費用，同時產生的過氧化氫在儲存和運輸方面也有較高的風險。
4、電化學氧還原法通過2e-轉移途徑對o2的部分還原制備過氧化氫(o2+2h++2e-→h2o2)，其可在水相中原位生產得到過氧化氫溶液，具有清潔、高效、低能耗以及可分散化生產的優勢。
5、對比傳統貴金屬催化劑的高成本，碳材料對于氧氣的吸附惰性以及活性位點不明確的問題，本專利技術利用了酞菁分子制備了一種分子印跡式催化劑，并將其應用在電產過氧化氫中。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種分子印跡式co-n-c催化劑及其制備方法與應用。
2、為了解決上述技
3、第一方面，本專利技術公開了一種分子印跡式co-n-c催化劑及其的制備方法。
4、所述催化劑是直接選取co-n4配位的酞菁分子作為活性位點進行負載，利用鈷酞菁和碳納米管制備而成。
5、所述催化劑的制備方法包括將苯胺和碳納米管的聚合物熱解，所得熱解產物與鈷酞菁混合，得到分子印跡式co-n-c催化劑。
6、具體地，所述方法包括如下步驟：
7、s1：將碳納米管cnt和苯胺經反應，制成苯胺-碳納米管聚合物pani-cnt(ncnt)；
8、s2：所得苯胺-碳納米管聚合物熱解；
9、s3：步驟s2熱解后的產物與鈷酞菁copc混合，得到分子印跡式co-n-c催化劑。
10、步驟s1中，碳納米管和苯胺的質量體積比為1g:6-7.5ml，優選為1g:6.5-7ml，優選為1g:6.7ml。
11、步驟s1中，所述反應還包括酸和氧化劑。
12、進一步地，所述酸包括鹽酸、磺基水楊酸；所述酸用于提供質子酸環境和質子源，促進聚合反應的進行，并顯著提升聚苯胺的電導率；所述酸的濃度0.05-0.15mol/l，優選為0.1mol/l。在一些實施例中，所述碳納米管與酸的質量體積比為1g:300-400ml，優選為1g:350ml。
13、進一步地，所述氧化劑包括過硫酸銨aps等；在一些實施例中，所述氧化劑以水溶液的形式加入反應體系中；在一些實施例中，氧化劑水溶液逐滴加入反應體系中，所述水溶液中氧化劑的濃度為0.1-0.3mol/l，優選為0.2mol/l。
14、進一步地，將碳納米管、苯胺和酸的混合溶液攪拌，得到第一反應液；將氧化劑水溶液加入到所述第一反應液中直至溶液變色停止加入氧化劑水溶液，繼續攪拌，得到含有苯胺-碳納米管聚合物ncnt的第二反應液。
15、在一些實施例中，當所述氧化劑為過硫酸銨時，將過硫酸銨水溶液加入到所述第一反應液中直至溶液變為墨綠色時停止加入氧化劑。
16、在一些實施例中，所述攪拌的溫度為20-30℃，優選為25℃。
17、在一些實施例中，將碳納米管、苯胺和酸的混合溶液攪拌0.5-1.5h得到第一反應液，優選為攪拌1h。
18、在一些實施例中，將氧化劑水溶液加入到所述第一反應液中直至溶液變色停止加入氧化劑水溶液，繼續攪拌0.3-0.7h，優選為0.5h。
19、在一些實施例中，將所述第二反應液抽濾，濾餅洗滌至無色后與氨水混合攪拌，洗滌至ph為6-8，干燥，得到苯胺-碳納米管聚合物ncnt。
20、在一些實施例中，所述氨水的濃度為2％wt-8％wt，優選為5％wt；加入氨水后，聚苯胺和氨水形成撞擊效果，從而提高聚苯胺的去摻雜的效率，去除聚苯胺的雜質，提高其純度。
21、在一些實施例中，濾餅洗滌至無色后與氨水混合攪拌2.5-3.5h，優選為3h；所述攪拌為在常溫下進行。
22、在一些實施例中，所述干燥的溫度為60-80℃，優選為70℃；所述干燥的時間為8-10h。
23、步驟s2中，所述熱解的溫度為600-1000℃，優選為700-900℃，優選為800℃。
24、步驟s2中，所述熱解的時間為1-3h，優選為2h。
25、步驟s2中，所述熱解過程中的升溫速率為4-6℃/min，優選為5℃/min；所述熱解的氛圍為惰性氣體氛圍。
26、步驟s3中，步驟s2熱解后的產物與鈷酞菁的質量比為7-8:1，優選為7.5:1。
27、步驟s3中，將步驟s2熱解后的產物與鈷酞菁分別分散于n,n-二甲基甲酰胺和/或n,n-二乙基甲酰胺中，超聲20-40min；混合均勻后繼續超聲20-40min，攪拌，得到分子印跡式co-n-c催化劑。
28、上述方法制備得到的分子印跡式co-n-c催化劑也在本專利技術的保護范圍之內。
29、第二方面，本專利技術公開了上述分子印跡式co-n-c催化劑在催化氧氣還原制備過氧化氫中的應用。
30、所述應用為電合成過氧化氫，進一步為在兩電子電還原產過氧化氫。
31、在一些實施例中，所述應用過程中的電流密度為90-110ma?cm-2，如95、100、105macm-2。
32、在一些實施例中，所述應用過程中的ph為5-8，如6、7。
33、在一些實施例中，所述應用過程中的曝氣量為0.1-0.3l/min，如0.2l/min。
34、在一些實施例中，所述應用過程中的電解液包括na2so4。
35、有益效果：
36、1.本專利技術所提供的催化劑可以高效的產生過氧化氫。在電流100macm-2、ph＝7的條件下8h產量達到261.04mmol/l。
37、2.本專利技術所制備的催化劑在氧氣曝氣量很低(0.2l/min)的情況下也展現出良好的h2o2產率。
38、3.本專利技術所提供的催化劑的穩定性可達到8h，性質較為穩定，具有較高的應用價值。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中，碳納米管和苯胺的質量體積比為1g:6-7.5mL，優選為1g:6.5-7mL。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述反應還包括酸和氧化劑；所述酸的濃度0.05-0.15mol/L，所述碳納米管與酸的質量體積比為1g:300-400ml；所述氧化劑以氧化劑水溶液的形式加入反應體系中；所述氧化劑水溶液的濃度為0.1-0.3mol/L。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟S1中，將碳納米管、苯胺和酸的混合溶液于20-30℃攪拌0.5-1.5h，得到第一反應液；將氧化劑水溶液加入到所述第一反應液中直至溶液變色停止加入氧化劑水溶液，繼續攪拌0.3-0.7h，得到含有苯胺-碳納米管聚合物的第二反應液。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二反應液抽濾，濾餅洗滌至無色后與氨水混合攪拌2.5-3.5h，洗滌至pH為6-8，干燥，得到苯胺-碳納米管聚合物NCNT；優選地所述氨水的濃度為2％wt-
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中，所述熱解的溫度為600-1000℃，優選為700-900℃；優選地，所述熱解的時間為1-3h；優選地，所述熱解過程中的升溫速率為4-6℃/min。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，步驟S2熱解后的產物與鈷酞菁的質量比為7-8:1，優選為7.5:1。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，將步驟S2熱解后的產物與鈷酞菁分別分散于溶劑中，超聲20-40min；混合均勻后繼續超聲20-40min，攪拌，得到催化劑。
9.權利要求1-8中任意一項所述方法制備得到的催化劑。
10.權利要求9所述催化劑在催化氧氣還原制備過氧化氫中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中，碳納米管和苯胺的質量體積比為1g:6-7.5ml，優選為1g:6.5-7ml。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中，所述反應還包括酸和氧化劑；所述酸的濃度0.05-0.15mol/l，所述碳納米管與酸的質量體積比為1g:300-400ml；所述氧化劑以氧化劑水溶液的形式加入反應體系中；所述氧化劑水溶液的濃度為0.1-0.3mol/l。
4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，步驟s1中，將碳納米管、苯胺和酸的混合溶液于20-30℃攪拌0.5-1.5h，得到第一反應液；將氧化劑水溶液加入到所述第一反應液中直至溶液變色停止加入氧化劑水溶液，繼續攪拌0.3-0.7h，得到含有苯胺-碳納米管聚合物的第二反應液。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二反應...
【專利技術屬性】
技術研發人員：苗潔，徐超，姜云垚，呂靜雯，王習習，周嵬，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。