废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法及应用

本发明属于有机污染物降解用催化剂的制备，具体涉及一种废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法及应用。

背景技术：

1、随着工业化进程的快速推进，大量难降解的有机污染物排放入水体，导致其长期滞留于水中，对人类健康构成了严重威胁。为解决这一问题，开发高效的污水处理技术对保护水环境尤为重要。众多污水处理技术中，电芬顿（ef）技术以其独特的优势脱颖而出。该技术通过阴极氧还原反应（orr）原位生成h2o2，进而被活化为•oh，从而实现有机污染物的高效降解。因此，开发高效的2e−氧还原催化剂以促进h2o2的高效产生，对ef体系至关重要。

2、目前，贵金属及其合金催化剂在ef体系下表现出优异的催化活性。然而，高昂的成本成为制约其广泛应用的瓶颈。因此，探索新型高活性且不含贵金属的2e-氧还原催化剂显得尤为重要。过渡金属与杂原子氮配位的碳基材料（m-n-c），因其资源丰富、成本低廉以及在酸性环境中表现出的卓越耐久性而备受科研人员的关注。其中ni-n4配位结构，在电催化orr领域，以其卓越的2e-氧还原催化选择性而广受关注。然而，尽管ni-n4配位结构具有出色的催化性能，但其较差的稳定性、合成过程不可控性仍制约了其工业化应用。相比之下，ni基氧化物能够很好地解决上述技术问题。

3、鉴于此，本发明利用废聚酯塑料（pet）为前驱体，通过水热法制备了以ni原子为中心的金属有机框架（pomof），实现了废弃塑料的增值回收。进一步将pomof碳化制备成氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂，最终由于配位氧原子的电子调制，以及ni中心的自旋和电荷密度的相关重新分布，促使合成的ef催化剂具有超过90%的h2o2选择性、接近2e−氧还原的理论极限电流密度，证实该氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂具有优异的ef降解有机污染物性能，目前尚没有该方面的相关报道。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供了一种简单高效的废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法，采用水热煅烧法制备，首先将na2wo4•2h2o与去离子水混合物搅拌至完全溶解，依次加入磷酸和冰醋酸，收集沉淀物并抽滤干燥，将沉淀物与nicl2•6h2o加入到醋酸钠缓冲液中并搅拌，再逐滴加入乙二胺与废聚酯塑料，持续搅拌后转移至水热反应釜中进行水热反应，将得到的绿色固体用去离子水和乙醇冲洗、真空干燥，最后将其置于管式炉中进行高温煅烧，最终得到氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂。所得的氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂由于配位氧原子的电子调制，以及ni中心的自旋和电荷密度的相关重新分布，该催化剂表现出优异的h2o2选择性，能够用于ef降解有机污染物体系中。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法，其特征在于具体过程为：

3、步骤s1：将na2wo4•2h2o与去离子水混合并搅拌至完全溶解得到物料a；

4、步骤s2：将步骤s1得到的物料a在搅拌条件下依次加入磷酸和冰醋酸，收集沉淀物并抽滤干燥得到物料b；

5、步骤s3：将步骤s2得到的物料b与nicl2•6h2o加入到醋酸钠缓冲液中并搅拌混合均匀，再逐滴加入乙二胺与废聚酯塑料，搅拌混合均匀得到物料c；

6、步骤s4：将步骤s3得到的物料c转移至水热反应釜中于160~200℃水热反应60~80h，再将得到的绿色固体用去离子水和乙醇冲洗、真空干燥得到物料d；

7、步骤s5：将步骤s4得到的物料d置于管式炉中于500~900℃煅烧1~3h，最终得到目标产物氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂，该氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂由于配位氧原子的电子调制以及ni中心的自旋和电荷密度的相关重新分布，表现出优异的h2o2选择性，能够用于电芬顿降解有机污染物体系中。

8、本发明所述的废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：

9、步骤s1：将120g na2wo4•2h2o和150ml去离子水混合并搅拌直至固体被完全溶解得到物料a；

10、步骤s2：将步骤s1得到的物料a在搅拌条件下加入4.0ml、85wt%的磷酸溶液，再在剧烈搅拌条件下逐滴滴加22.5ml冰醋酸溶液，持续搅拌混合均匀后收集沉淀物并在玻璃介质上抽滤干燥得到物料b；

11、步骤s3：取0.15g步骤s2得到的物料b与0.40g nicl2•6h2o加入到5ml、ph = 4.8、0.5m的醋酸钠缓冲液中，搅拌混合均匀得到绿色溶液，再逐滴加入0.15ml乙二胺、0.10g废聚酯塑料并搅拌混合均匀得到物料c；

12、步骤s4：将步骤s3得到的的物料c持续搅拌2h后转移至水热反应釜中并于180℃水热反应72h，将得到的绿色固体用去离子水和乙醇冲洗、真空干燥得到物料d；

13、步骤s5：将步骤s4得到的物料d在氮气氛围中以5℃ min−1的升温速率升温至600℃碳化2~3h，最终得到目标产物氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂，该氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂由于配位氧原子的电子调制以及ni中心的自旋和电荷密度的相关重新分布，促使合成的氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂具有超过90%的h2o2选择性、接近2e−氧还原的理论极限电流密度。

14、本发明所述的氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂在电芬顿降解有机污染物中的应用。

15、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

16、1、本发明利用pet作为碳前驱体，其来源广、价格低，实现了“以废治污”，并有利于大规模的制备及应用。

17、2、本发明基于pet制备了以ni原子为中心的金属有机框架，进一步将ni-pomof作为前驱体，通过退火制备的催化剂具有三维互联介孔结构和较高的比表面积，从而能够暴露更多的活性位点，为物质传输提供了便捷的通道。

18、3、本发明材料优异的亲水性可能是热处理过程中，由于前驱体中富含n、o、p等杂原子被引入到碳基底中，进而加速了反应物和产物的扩散速度。

19、4、本发明制备的催化剂具有高度均匀的nio纳米颗粒形貌、高比表面积、高元素掺杂量和高h2o2选择性，在ef降解有机污染物体系实现了对mb溶液20min内95%以上的高效降解。

1.废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法，其特征在于具体过程为：

2.根据权利要求1所述的废弃塑料资源化制备氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂的方法，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氮掺杂碳负载过渡金属氧化物催化剂在电芬顿降解有机污染物中的应用。