【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机污染物降解用催化剂的制备，具体涉及一种基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法及其电芬顿降解有机污染物的应用。
技术介绍
1、电芬顿降解有机污染物体系中，阴极氧还原生成过氧化氢（h2o2）消耗2e− ，该过程与氧分子还原产生h2o的4e−途径是竞争反应，两者的区别在于o-o键在电极反应中是否断裂。因此，对于电芬顿技术研究重点在于提高阴极材料的电化学活性和orr
2、2e−途径的选择性。目前，共价有机框架（cofs）由于其孔隙率高、稳定性强、密度低等优点，在气体储存和分离、光电器件、催化和能源储存等领域的广泛应用引起了研究人员的极大关注，有望成为多种反应（包括orr、oer、her和co2rr）的催化剂。最近，具备m-n4配位构型的平面共轭前驱体-酞菁钴（copc），因其展现出对氧中间体卓越的吸附效能，引起了科研人员的广泛关注，有望成为高效2e− orr催化剂。然而，其金属解离所诱发的内部活性降低与稳定性不足，成为了限制科研人员进一步优化其对氧中间体吸附性能的关键技术挑战。
3、为了应对这些挑战，研究人员提出可以将copc作为前体经过高温热解制备co-nxc催化剂，以提高催化材料的电导率和催化活性。然而，热解方案可能会破坏分子结构并导致co-nx（x=1-4）、co-c和钴纳米颗粒的杂化体系，从而抑制催化材料的结构调控。因此，亟需开发基于copc的无需热解即可获取催化剂的方法。目前，研究人员提出可以通过改变copc轴向曲率以打破方形co-n4部分的对称性，并促进大环金属中心上电子的离域
4、鉴于此，本专利技术基于废弃烟头衍生氮掺杂碳材料以实现高效且可扩展的高h2o2选择性电芬顿催化剂制备为目标，利用超分子法，通过轴向配体（吡啶）打破方形co-n4部分的对称性，增强copc与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节co中心的电子密度，优化其与关键ooh的相互作用，从而制备出低成本、高活性的电芬顿催化剂，目前尚没有该方面的相关报道。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是提供了一种简单高效的基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法及其电芬顿降解有机污染物的应用，该碳基负载型酞菁钴催化剂采用水热-吸附法制备，首先将废弃烟头在水热反应釜中碳化得到氮掺杂碳材料，随后将其与copc在n,n-二甲基甲酰胺（dmf）溶液中搅拌，利用超分子方法通过轴向配体（吡啶）打破方形co-n4部分的对称性，增强copc与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节co中心的电子密度，优化其与关键ooh的相互作用。制备的碳基负载型酞菁钴催化剂具有优异的h2o2选择性，能够用于电芬顿降解有机污染物反应体系中。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体过程为：
3、步骤s1：将废弃烟头添加到去离子水中，再将混合物置于水热反应釜中于200~250℃水热反应得到物料a；
4、步骤s2：将步骤s1得到的物料a离心洗涤得到氮掺杂多孔碳材料，再烘干后得到物料b；
5、步骤s3：将步骤s2得到的物料b添加到dmf溶液中并超声混合均匀得到物料c；
6、步骤s4：将酞菁钴添加到dmf溶液中并超声混合均匀得到物料d；
7、步骤s5：将步骤s3得到的物料c和步骤s4得到的物料d超声混合均匀，再将混合物在室温条件下剧烈搅拌得到物料e；
8、步骤s6：将步骤s5得到的物料e冷冻干燥得到产物碳基负载型酞菁钴催化剂。
9、本专利技术所述的基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：
10、步骤s1：将1.3g废弃烟头添加到26ml去离子水中，再将混合物置于100ml水热反应釜中于230℃水热反应6h得到物料a；
11、步骤s2：将步骤s1得到的物料a在转速为10000r min−1的条件下离心5次，每次离心时间为5min，得到氮掺杂多孔碳材料，再于70℃烘干24h得到物料b；
12、步骤s3：将60mg步骤s2得到的物料b添加到40ml dmf溶液中并超声30min得到物料c；
13、步骤s4：将1.8~7.2mg酞菁钴添加到40ml dmf溶液中并超声30min得到物料d；
14、步骤s5：将步骤s3得到的物料c和步骤s4得到的物料d超声混合30min，再将混合物在室温条件下剧烈搅拌24h得到物料e；
15、步骤s6：将步骤s5得到的物料e冷冻干燥72h得到产物碳基负载型酞菁钴催化剂。
16、本专利技术所述的碳基负载型酞菁钴催化剂在电芬顿降解有机污染物中的应用，该碳基负载型酞菁钴催化剂通过轴向配体打破方形co-n4部分的对称性，增强酞菁钴与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节co中心的电子密度，优化其与关键ooh的相互作用，制备的催化剂仅需20min即可将10mg l−1的亚甲基蓝溶液降解95%，具有优良的电芬顿降解有机污染物性能。
17、进一步限定，在单室电解池中组成三电极体系，电解液为酸性溶液，施加外加电位后能够将有机污染物完全降解。
18、进一步限定，三电极体系中以碳基负载型酞菁钴催化剂为工作电极，以铂片和饱和甘汞电极分别为对电极和参比电极，电解液为ph=2.0、浓度0.05mol l–1的na2so4溶液，施加的外加电位为-0.6~-0.9。
19、本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
20、1、本专利技术利用废弃烟头作为碳前驱体，实现了“以废治污”，并有利于大规模的制备及应用。
21、2、本专利技术采用水热-吸附法合成，将废弃烟头碳化后在dmf溶液中吸附copc，合成方法简单且高效，不需要繁琐的操作步骤；
22、3、本专利技术制备的碳基催化剂结构稳定，有利于在酸性环境下长期运行。
23、4、本专利技术利用烟头前驱里自掺杂单原子特性，通过轴向配体（吡啶）打破方形co-n4部分的对称性，增强copc与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节co中心的电子密度，优化其与关键ooh的相互作用，实现了一种低成本优化copc电子结构的方法。
24、5、本专利技术基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂在0.05mol l–1 na2so4溶液中，仅需20min即可将10mg l−1的亚甲基蓝溶液降解95%，具有优良的电芬顿降解有机污染物性能。
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1.基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体过程为：
2.根据权利要求1所述的基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：
3. 根据权利要求1~2中任意一项所述的方法制备的碳基负载型酞菁钴催化剂在电芬顿降解有机污染物中的应用，该碳基负载型酞菁钴催化剂通过轴向配体打破方形Co-N4部分的对称性，增强酞菁钴与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节Co中心的电子密度，优化其与关键OOH的相互作用，制备的催化剂仅需20min即可将10mg L−1的亚甲基蓝溶液降解95%，具有优良的电芬顿降解有机污染物性能。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：在单室电解池中组成三电极体系，电解液为酸性溶液，施加外加电位后能够将有机污染物完全降解。
5. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于：三电极体系中以碳基负载型酞菁钴催化剂为工作电极，以铂片和饱和甘汞电极分别为对电极和参比电极，电解液为pH=2.0、浓度0.05mol L–1的Na2SO4溶液，施加的外加电位为-0.6~-0.9。
【技术特征摘要】
1.基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体过程为：
2.根据权利要求1所述的基于废弃烟头制备碳基负载型酞菁钴催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：
3. 根据权利要求1~2中任意一项所述的方法制备的碳基负载型酞菁钴催化剂在电芬顿降解有机污染物中的应用，该碳基负载型酞菁钴催化剂通过轴向配体打破方形co-n4部分的对称性，增强酞菁钴与碳表面之间的π-π相互作用，从而调节co中心的电子密度，优化其与关键ooh的相互作用，制备的催化剂仅需20mi...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈野，郭雅心，李世龙，王琦然，刘旭坡，仇家耀，张静茹，孙红洲，沙晓康，蔡博文，唐甲舒，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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