一种负载铁的二硫化钼纳米球催化材料及其制法制造技术

本发明专利技术公开了一种负载铁的二硫化钼纳米球催化材料，所述催化材料包括二硫化钼纳米球以及包裹在二硫化钼纳米球外的碳层，碳层内嵌入有氮；催化材料还包括通过与氮形成Fe

【技术实现步骤摘要】
一种负载铁的二硫化钼纳米球催化材料及其制法


[0001]本专利技术涉及一种负载铁的二硫化钼纳米球催化材料，还涉及上述催化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氯酚类是用氯原子取代苯环上的氢原子而合成的有机化合物。环境中存在的氯酚类污染物因其高毒性、持久性和生物积累性，被认为是需要优先处理的污染物。2,4,6
‑
三氯苯酚是其中一种氯酚类有机物，广泛用于作物保护和胶水防腐剂，以及染料、塑料和其他有机化学工业。2,4,6
‑
三氯苯酚在转移到土壤后，很容易通过物理效应污染地下水。因此，迫切需要开发一种经济高效的技术来缓解地下水污染问题。目前，有几种处理水污染的技术被广泛应用，包括高级氧化技术、吸附法和生物降解法。其中，高级氧化技术(AOPs)因其产生的强氧化自由基具有较高的活性和氧化能力，已广泛应用于污水中有机污染物的处理。
[0003]MoS2是一类重要的过渡金属二卤族化合物，由于其高活性、高电子迁移率和多活性位点被广泛应用于光催化、电催化、锂离子电池和超级电容。近年来，通过提高硫空位来暴露Mo(IV)位点，促进PMS(过一硫酸盐)的分解作为MoS2材料在高级氧化水处理中得到广泛应用。然而，由于MoS2纳米片的层间距小以及易堆叠性导致暴露的Mo活性位点不够充足，从而限制了PMS的活化效率。因此，我们通过添加聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)将二维(2D)MoS2纳米片组装成三维(3D)MoS2纳米球，形成由碳包裹的MoS2纳米球，很大程度上避免纳米片的堆积以及活性位点缺失的问题，从而优化催化剂对PMS活化的性能。此外，还有报道显示，在高级氧化技术(AOPs)中，通过负载金属物种催化剂应用于环境催化水处理也表现出优异的性能。例如，MoS2作助催化剂负载Fe物种，用以激活PMS生成强氧化性的自由基促进污染物分解。然而，这种Fe与MoS2载体的键合力不够强，在液相反应过程中容易溶出，不仅会导致二次污染，还会造成铁污泥的产生。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种基于二硫化钼纳米球的催化材料，还提供上述催化材料的制备方法，该催化材料中二硫化钼纳米球通过碳
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氮键合铁，Fe
‑
N活性位点不仅结构稳定，并能最大限度地防止二硫化钼纳米球上活性位点Fe的聚集，从而极大提高了作为PMS激活剂的催化材料对PMS的催化活化。
[0005]技术方案：本专利技术所述的负载铁的二硫化钼纳米球催化材料，所述催化材料以二硫化钼纳米球以及包裹在二硫化钼纳米球外的碳层作为载体，碳层内嵌入有氮；催化材料还包括通过与氮形成Fe
‑
N配位键固定在载体上的Fe。
[0006]其中，Fe在N
‑
C
‑
MoS2纳米球上的负载量为N
‑
C
‑
MoS2纳米球质量的0.3％～1.0％。
[0007]上述负载铁的二硫化钼纳米球催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将钼酸铵、硫脲和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入水中，混匀后进行水热反应，反应后经水洗、离心、干燥得到二硫化钼纳米球；
[0009](2)将二硫化钼纳米球和盐酸多巴胺分散在三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris缓冲液)中充分搅拌，离心、干燥得到多巴胺包裹的二硫化钼纳米球；
[0010](3)将三价铁盐、双氰胺和多巴胺包裹的二硫化钼纳米球分散到水中搅拌，搅拌后真空干燥；
[0011](4)将干燥后的产物置于惰性气氛中热处理，得到二硫化钼纳米球催化材料(Fe
‑
N
‑
C
‑
MoS2)。
[0012]其中，步骤(1)中，所述水热反应的温度为200～220℃；时间为18～20h。
[0013]其中，步骤(1)中，钼酸铵、硫脲和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为62：53：30。
[0014]其中，步骤(2)中，所述Tris缓冲液的pH值为8.5。弱碱性环境能够减小实验干扰，使二硫化钼纳米球不与钙、镁等离子反应。
[0015]其中，步骤(2)中，二硫化钼纳米球和盐酸多巴胺的质量比为5：1。
[0016]其中，步骤(3)中，所述三价铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁中的一种。
[0017]其中，步骤(3)中，三价铁盐、双氰胺和多巴胺包裹的二硫化钼纳米球的质量比为0.06～0.2：2.5：1。
[0018]其中，步骤(4)中，所述热处理温度为400
～
600℃，升温速率为2～4℃
·
min
‑1，热处理时间为2～4h。
[0019]本专利技术催化材料在降解废水中有机物方面的应用，具体过程为：本专利技术催化材料的加入量为0.05g，在15～35℃下，反应液初始pH值为3～9，PMS的加入量为0.25～0.75g；本专利技术催化材料激活PMS产生高活性的高价铁和羟基自由基对水中的2,4,6
‑
三氯酚进行降解，使2,4,6
‑
三氯酚最终碳化成二氧化碳和水；2,4,6
‑
三氯酚的初始浓度为20mg
·
L
‑1。
[0020]有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有如下显著的优点：相比于将Fe直接负载在MoS2纳米球上(无键合基团)，本专利技术催化材料通过氮配位锚定Fe(络合Fe形成Fe
‑
N键)，一方面能够极大提高材料的结构稳定性(Fe
‑
N位点结构稳定)，使Fe在反应过程中不易溶出；另一方面能够极大地阻止活性位点Fe的聚集，本专利技术催化材料中，通过杂原子氮掺杂可以最大限度地分散活性位点Fe，因此Fe在N
‑
C
‑
MoS2纳米球上呈高度分散的状态，形成的Fe
‑
N键提高了催化材料的催化活性及稳定性。
附图说明
[0021]图1为实施例3制得的催化材料的SEM图；
[0022]图2为对比实施例1制得的催化材料的SEM图；
[0023]图3为实施例3、对比例1和对比例2制得的催化材料的XRD图；
[0024]图4为实施例3催化材料激活PMS产生高活性的高价铁的质子核磁共振图。
具体实施方式
[0025]实施例1
[0026]本专利技术负载铁的二硫化钼纳米球催化材料的制备方法，具体为：首先，取0.62g钼酸铵、0.53g硫脲和0.3g表面活性剂PVP加入到纯水中混合均匀，将混合均匀的溶液倒入反应釜中，与220℃下水热反应18h，得到的产物经水洗、离心、干燥得到二硫化钼纳米球；其次，将上述得到的二硫化钼纳米球分散在20mL、pH＝8.5的Tris缓冲液中，并加入0.02g盐酸
多巴胺，搅拌15h后离心、干燥得到多巴胺包裹的二硫化钼纳米球；再将0.25g双氰胺分散到含有0.002g六水氯化铁的10mL水中，再往其中加入0.1g多巴胺包裹的二硫化钼纳米球，充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载铁的二硫化钼纳米球催化材料，其特征在于：所述催化材料包括二硫化钼纳米球以及包裹在二硫化钼纳米球外的碳层，碳层内嵌入有氮；催化材料还包括通过与氮形成Fe
‑
N配位键固定在载体上的Fe。2.根据权利要求1所述的负载铁的二硫化钼纳米球催化材料，其特征在于：Fe在N
‑
C
‑
MoS2纳米球上的负载量为N
‑
C
‑
MoS2纳米球质量的0.3％～1.0％。3.权利要求1所述的负载铁的二硫化钼纳米球催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钼酸铵、硫脲和表面活性剂加入水中，混匀后进行水热反应，反应后经水洗、离心、干燥得到二硫化钼纳米球；(2)将二硫化钼纳米球和盐酸多巴胺分散在三羟甲基氨基甲烷盐酸盐中充分搅拌，离心、干燥得到多巴胺包裹的二硫化钼纳米球；(3)将三价铁盐、双氰胺和多巴胺包裹的二硫化钼纳米球分散到水中，混匀后在真空下干燥；(4)将干燥后的产物置于惰性气氛中热处理，得到二硫化钼纳米球催化材料。4.根据权利要求3所述的负载铁的二硫化钼纳米球催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷俞，李璇，李文宁，刘梦琼，田朔源，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：