一种多孔FeCo-N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多孔FeCo

【技术实现步骤摘要】
一种多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用


[0001]本专利技术属于有机污水处理
；具体涉及一种多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用及该材料的制备方法。

技术介绍

[0002]对硝基苯酚(PNP)是一类用途广泛的化工原料和药物中间体，医药、染料、农药、除草剂和杀菌剂等生产过程都离不开它。然而，PNP具有高度水溶性，已在农业土壤、地表水、地下水、雨水、空气、活性污泥和工业废水中检测到PNP。并且，PNP在自然环境中半衰期较长，对生态环境造成威胁，被认定为环境内分泌干扰物，被列入我国优先控制污染物名单。可见对硝基苯酚的高毒性和在环境中的持久性给废物管理带来了严重问题。
[0003]在过去，超临界水氧化(SCWO)在清洁高效地净化对硝基苯酚污水方面显示出巨大的潜力。然而，由于高温高压以及对氧化剂加压所需的大量功率，超临界水氧化技术非常昂贵。为了降低这些成本，在较低的温度、压力下便可以运行，并且能减少氧化剂用量的催化剂引起了关注。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用及该材料的制备方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用；所述的多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料通过煅烧的方式在ZIF基体上负载双金属Fe、Co，以及二氧化硅壳后，以酸刻蚀的方式在二氧化硅壳上形成多孔结构得到。
[0006]作为优选，Fe和Co在多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料中的质量百分比分别为0.20％和0.207％。
[0007]作为优选，所述的ZIF基体采用ZIF
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8金属有机骨架。
[0008]第二方面，本专利技术提供一种多孔FeCo
‑
N/C碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、将亚铁盐、金属螯合剂、钴盐和N/C前驱体混合完全后，进行研磨，得到FeCo
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N/C前驱体材料。
[0010]步骤二、将FeCo
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N/C前驱体材料加入水和甲醇的混合溶液中，再向混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸四乙酯，并混合均匀。之后，对混合溶液进行离心，得到沉淀。
[0011]步骤三、对步骤二得到的沉淀进行煅烧后，进行酸刻蚀，得到多孔FeCo
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N/C碳纳米材料。
[0012]作为优选，步骤一中，亚铁盐采用FeSO4·
7H2O；金属螯合剂采用1,10
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菲罗啉；钴盐采用Co(NO3)2·
6H2O。
[0013]作为优选，亚铁盐中的亚铁离子与钴盐中的钴离子的摩尔比为1:1。
[0014]作为优选，步骤二中，N/C前驱体采用ZIF材料；FeCo
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N/C前驱体材料相对于水和甲醇的混合溶液的用量为2g/L。水和甲醇的混合溶液中水与甲醇的体积比为10:1。
[0015]作为优选，步骤二中，十六烷基三甲基溴化铵相对于FeCo
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N/C前驱体材料的用量为0.25g/g；正硅酸四乙酯相对于FeCo
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N/C前驱体材料的用量为2mL/g。
[0016]作为优选，ZIF材料的制备过程为：将Zn(NO3)2·
6H2O和2
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甲基咪唑溶于甲醇溶液中并搅拌。离心得到沉淀；用甲醇洗涤所得的沉淀，反复三次以后烘干。
[0017]作为优选，Zn(NO3)2·
6H2O相对于甲醇溶液的用量为11.25g/L；2
‑
甲基咪唑相对于甲醇溶液的用量为25g/L。
[0018]第三方面，一种选择性还原对硝基苯酚废水制备对氨基苯酚的方法，具体如下：
[0019]步骤一、将前述制备方法中制得的多孔FeCo
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N/C碳纳米材料溶于水中，得到催化剂溶液。
[0020]步骤二、将催化剂溶液和还原剂加入被处理的对硝基苯酚废水中，调节pH值至8.8～10.1，在10～40℃的条件下进行反应。
[0021]作为优选，被处理的对硝基苯酚废水的pH值调节至9.4。
[0022]作为优选，被处理的对硝基苯酚废水的温度调节至30℃。
[0023]作为优选，催化剂溶液的质量浓度为1g/L；催化剂溶液与被处理的对硝基苯酚废水的体积比为7:5600。
[0024]相对于现有技术，本专利技术取得的有益效果是：
[0025]1.本专利技术使用多孔FeCo
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N/C碳纳米材料降解污水中的对硝基苯酚，能够快速将污水中的对硝基苯酚转化为对氨基苯酚，以便于后续的回收或进一步降解。并且，本专利技术使用的多孔FeCo
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N/C碳纳米材料的催化效果显著优于N/C材料、Co
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N/C材料、Fe
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N/C材料、同时投加Co
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N/C材料和Fe
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N/C材料。
[0026]2.本专利技术中的多孔FeCo
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N/C催化剂在30℃下便可以与还原剂(NaBH4)一同高效地降解污水中的对硝基苯酚，生成对氨基苯酚(PAP)，不仅能大幅降低污水的毒性，生成的产物PAP还能作为原料用于精细化工中。
[0027]3.本专利技术使用的FeCo
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N/C碳纳米材料具有催化活性位点多、使用寿命长的特点；并且，该材料用过渡金属代替贵金属，节省了贵金属载量，从而大幅度地降低了降解对硝基苯酚的成本。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1制备多孔FeCo
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N/C碳纳米的流程图；
[0029]图2为本专利技术实施例1制得的多孔FeCo
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N/C碳纳米材料的TEM图；
[0030]图3为本专利技术实施例2中对硝基苯酚的降解效率随pH值变化的对比图；
[0031]图4为本专利技术实施例3中对硝基苯酚的降解效率随温度变化的对比图；
[0032]图5为本专利技术的实施例2与对比例1
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4在同一反应条件下的对比图。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0034]实施例1
[0035]如图1所示，一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料的制备方法，具体步骤如下：
[0036]步骤1、N/C前驱体的制备：将9g Zn(NO3)2·
6H2O和20g 2
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甲基咪唑溶于800ml甲醇溶液中并慢速搅拌2h。将所得溶液在14000r转速条件下离心5分钟，得到沉淀；沉淀即为ZIF(N/C前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料在选择性还原对硝基苯酚中的应用，其特征在于：所述的多孔FeCo
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N/C碳纳米材料通过煅烧的方式在N/C前驱体上负载双金属Fe、Co，以及二氧化硅壳后，以酸刻蚀的方式在二氧化硅壳上形成多孔结构得到。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：Fe和Co在多孔FeCo
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N/C碳纳米材料中的质量百分比分别为0.20％和0.207％。3.一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料，其特征在于：用于选择性还原对硝基苯酚，通过以下步骤制备得到；步骤一、将亚铁盐、金属螯合剂、钴盐和N/C前驱体混合完全后，进行研磨，得到FeCo
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N/C前驱体材料；步骤二、将FeCo
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N/C前驱体材料加入水和甲醇的混合溶液中，再向混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸四乙酯，并混合均匀；之后，对混合溶液进行离心，得到沉淀；步骤三、对步骤二得到的沉淀进行煅烧后，进行酸刻蚀，得到多孔FeCo
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N/C碳纳米材料。4.根据权利要求3所述的一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料，其特征在于：步骤一中，亚铁盐采用FeSO4·
7H2O；金属螯合剂采用1,10
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菲罗啉。5.根据权利要求3所述的一种多孔FeCo
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N/C碳纳米材料，其特征在于：步骤二中，N/C前驱体采用ZIF材料；FeCo
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N/C前驱体材料相对于水和甲醇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞伟婷，朱洁云，陈思茁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：