【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水污染控制，尤其涉及一种单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、抗生素类药物作为一种典型的新污染物，具有用量大、使用范围广的特点，在自然水环境中广泛检出，尽管目前抗生素在环境中暴露水平较低，但其结构稳定、具有生物累积效应和放大效应，对生态系统的潜在危害不容忽视。鉴于当前水体中抗生素污染的来源和成分复杂，污水处理需要有针对性地、可持续地净化特定类型的污水，以实现不同水环境中对痕量抗生素的精确氧化降解，因此开发可选择性调节的处理技术势在必行。
3、高级氧化技术(aops)依赖原位产生的强氧化性活性物质，可将抗生素高效降解甚至完全矿化。因而，aops在抗生素污染治理中被广泛应用。近年来，基于原位产生有机自由基(r-o·)的过氧乙酸(peracetic acid，paa)高级氧化技术(paa-aops)受到了越来越多研究人员的关注，因具有操作简单、成本低和毒副产物少等优势，在水体修复领域展现出巨大潜力。另外，相比传统aops体系中产生的无机自由基活性物质(如·oh，so4·-)，r-o·存活时间更长，受水体复杂基质干扰更小，因此对抗生素类新污染物具有更强的选择性降解能力。
4、新型高效催化体系的构建是当下paa高级氧化技术的主要研究方向，其核心在于研发高活性、高稳定性的异相催化剂，提高活性物质的
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂及其制备方法与应用，本专利技术以sio2为基底，引入不对称的co-s/co-n配位结构，显著增强了传统co-sacs活化paa的性能，有效抑制了活化过程中钴离子的渗滤，因此在催化过程中不会产生二次污染，且在多次循环利用后仍能保持极高催化效率，可实现对有机污染物的高效、稳定、持续降解。
2、第一方面，本专利技术提供了一种单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂的制备方法，包括如下步骤：
3、将1-烯丙基-2-硫脲和钴盐溶于水中，向其中加入sio2纳米球，加热搅拌，蒸发溶剂后获得前驱体；
4、在惰性气体保护下对前驱体进行煅烧，煅烧后刻蚀sio2，然后经酸浸、洗涤后干燥，即得。
5、第二方面，本专利技术提供了上述制备方法制备得到的单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂。
6、第三方面，本专利技术提供了上述单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂在活化过氧乙酸降解有机污染物中的应用。
7、与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：
8、(1)本专利技术单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂的制备过程以sio2纳米球作为基底模板，通过与钴盐和1-烯丙基-2-硫脲的煅烧引入不对称的co-s/co-n配位结构；非对称配位结构的引入可引起co中心周围显著的离域电子，从而促进paa的吸附和o-o键的裂解，不对称电子结构还产生了额外的局部电场，有利于通过质子耦合电子传递途径裂解paa中的o-h键；sio2不仅在催化剂蛋壳状形貌形成中起关键作用，更为单原子钴提供了丰富的配位位点，单层蛋壳状的薄壳结构有利于实现金属催化位点的最大化利用，促进co-s/co-n位点与paa和污染物的接触，内部的空腔可通过限域效应增强污染物的去除效率；同时，采用本专利技术的制备方法可以获得较高的单原子钴的负载量，负载量可达10wt％左右。
9、(2)本专利技术单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂可催化过氧乙酸分解原位生成多种活性氧物种，包括·oh、r-o·和单线态氧(1o2)，可实现对污水中多种抗生素的高效降解，最快可实现2min以内磺胺甲恶唑降解率达95％以上。此外，该催化剂在催化过程中不会产生二次污染，且在多次循环利用后仍能保持极高催化效率。利用本专利技术制备的氮硫共掺杂单原子钴催化剂能在近中性环境下催化活化过氧乙酸降解污水中的抗生素，在实际处理中可不需加酸加碱调节ph，降低经济成本。
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1.一种单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自硝酸钴、氯化钴或硫酸钴。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐和1-烯丙基-2-硫脲的摩尔比为1:(15～35)；所述1-烯丙基-2-硫脲与水的用量比为1g:(3～10)mL；所述钴盐和SiO2纳米球的质量比为0.08:(0.5～2)。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为60～90℃，加热搅拌的时间为60～180min；所述蒸发溶剂的温度为50～70℃。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为850～1000℃，所述煅烧的时间为2～4h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀SiO2的方法为，采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行刻蚀；氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度为3～8mol/L。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸过程采用盐酸或硫酸溶液，浓度为0.05～0.5mol/L。>
8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂。
9.如权利要求8所述的单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂在活化过氧乙酸降解有机污染物中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂、过氧乙酸、有机污染物的比例为(50～150)mg:(0.2～0.6)mmol:(1～15)μmol；所述单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂的浓度为50～150mg/L。
...【技术特征摘要】
1.一种单层蛋壳状氮硫共掺杂单原子钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自硝酸钴、氯化钴或硫酸钴。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐和1-烯丙基-2-硫脲的摩尔比为1:(15～35)；所述1-烯丙基-2-硫脲与水的用量比为1g:(3～10)ml；所述钴盐和sio2纳米球的质量比为0.08:(0.5～2)。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为60～90℃，加热搅拌的时间为60～180min；所述蒸发溶剂的温度为50～70℃。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为850～1000℃，所述煅烧的时间为2～4h。
6.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李红敏，张龙龙，刘华清，徐欣悦，陈艳锋，吴亦菲，李瑞平，刘艳，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：
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