【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及廢水凈化，特別是一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著染料生產和印染行業的快速發展，以陰離子偶氮染料為主的染料污染廢水排放急劇增多，此類污染持久性強且難以生化降解，對人類健康和生態環境造成嚴重威脅。酸性橙7(ao7)是一種典型的陰離子偶氮染料，在當前排放的染料廢水中占比很大，亟需先進廢水凈化技術對這類污染物進行徹底降解。高級氧化技術(aops)是一種高效、低成本、環境友好型污染物降解技術，其對有機污染廢水的凈化處理尤為有效。aops的基本原理是通過催化劑活化過一硫酸鹽(pms)產生大量具有強氧化性的活性氧物種，如硫酸根自由基so4-·、羥基自由基(·oh)或單線態氧(1o2)等，這些活性氧物種可以快速和非選擇性地氧化廢水中絕大多數有機污染物，從而使廢水水質得到顯著改善。
2、中國專利申請號cn202210706537.4公開了過渡金屬鈷(co)基催化劑表現出良好的pms活化及有機污染物降解性能，但co基催化劑在實際應用過程也面臨以下四個方面的問題：一是co的元素成本相對偏高，大量使用co基催化劑不利于降低廢水處理成本；二是溶解于廢水中的co離子具有生物毒性，利用co基化合物作為pms活化催化劑容易造成水質的二次污染，同時增加廢水處理成本；三是當前開發的co基催化劑在微觀上大多呈微米或納米顆粒狀，其活性位點的利用率較低(顆粒內部的活性位點不能被有效利用)；四是多數開發的co基催化劑導電性不佳，這不利于pms活化或降解過程涉及的電子轉移過程的進行，從而限制了催化劑活性的進一步提
3、中國專利申請號cn202410017876.0公開了一種zif-8衍生高分散雙金屬fe-ni-n-c材料的制備及應用，所述制備方法包括：1)先制備fe-zif-8；2)雙溶劑法制備fe、ni共摻雜zif-8；3)熱解制備fe-ni-n-c催化劑。由該方法制得的pms碳基單原子催化劑能夠高效活化pms，但該催化劑活化pms難以徹底去除有機污染物，且降解有機污染物耗時較長(數十分鐘)。
4、因此，有必要研發新的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑，以高效活化pms降解有機污染物。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑及其制備方法和應用。
2、為達到上述目的，本專利技術是按照以下技術方案實施的：
3、本專利技術的目的之一是提供一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將金屬骨架結構材料zif-8進行球磨處理，然后在氮氣氣氛、700-1100℃下煅燒1-3h，隨后自然冷卻至室溫，得到氮摻雜碳基材料n-c；
5、s2、取質量比為100：(1.47-6.17)的氮摻雜碳基材料n-c和鐵鹽置于過量的溶劑中充分混合，超聲分散處理5-60分鐘，使n-c材料表面充分吸附鐵離子，最后離心、烘干得到n-c/fe復合前驅體；
6、s3、n-c/fe復合前驅體置于氮氣氣氛、700-1000℃下煅燒1-3h，隨后自然冷卻至室溫，得到氮摻雜碳基單原子鐵催化劑fe-n/c。
7、進一步地，所述步驟s1中金屬骨架結構材料zif-8的制備方法為：
8、1)在室溫條件下，將摩爾比為(1.6-2.8)：1的2-甲基咪唑和氧化鋅粉體混合均勻后裝填至反應釜的內襯容器中并充入氮氣氣氛，最后密封；
9、2)將密封好的反應釜置于防爆烘箱中，升溫至160-240℃并保持恒溫進行固相反應12-18h，反應結束后自然冷卻至室溫，得到金屬骨架結構材料zif-8。
10、優選地，所述步驟s1中，球磨處理時球料比為(20-60)：1，球磨時間為6-12h，球磨轉速為300-600轉/分。
11、優選地，所述步驟s2中，所述鐵鹽為三氯化鐵。
12、優選地，所述步驟s3中，所述溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇中的一種。
13、本專利技術的目的之二是提供一種利用上述方法制備的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑。
14、本專利技術的目的之三是提供一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑在高效活化pms降解有機污染物中的應用。
15、與現有技術相比，本專利技術通過對金屬骨架結構材料zif-8進行簡單的高溫(700-1100℃)熱處理即獲得氮摻雜碳基材料n-c，再利用浸漬法使n-c材料表面充分吸附鐵元素得到n-c/fe復合前驅體，最后對該復合前驅體進行熱處理(700-1000℃)得到氮摻雜碳基單原子鐵催化劑fe-n/c；與當前報道的非金屬或非貴金屬催化劑相比，本專利技術制備的fe-n/c催化劑在pms活化降解有機物污染物效率方面具有顯著優勢，同時該催化劑的制備方法簡單易操作作用，容易實現工業級宏量制備；本專利技術制備的fe-n/c催化劑可在1分鐘之內通過活化pms徹底去除廢水中的有機污染物(如酸性橙7)，其pms活化效率相比于現有的鐵基催化劑有顯著提升，因而在未來的高級氧化工藝中具有廣泛的應用前景。
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1.一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中金屬骨架結構材料ZIF-8的制備方法為：
3.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，球磨處理時球料比為(20-60)：1，球磨時間為6-12h，球磨轉速為300-600轉/分。
4.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中，所述鐵鹽為三氯化鐵。
5.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中，所述溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇中的一種。
6.一種如權利要求1-5任一所述的方法制備的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑。
7.一種如權利要求6所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑在高效活化PMS降解有機污染物中的應用。
【技術特征摘要】
1.一種氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中金屬骨架結構材料zif-8的制備方法為：
3.根據權利要求1所述的氮摻雜碳基單原子鐵催化劑的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，球磨處理時球料比為(20-60)：1，球磨時間為6-12h，球磨轉速為300-600轉/分。
4.根據權利...
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