一种碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于水体环境治理功能性材料及其制备技术，具体涉及一种降解水体中有机污染物的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，水污染已成为当今世界最为显著的环境问题之一。其中，酚类化合物是我国废水中常见的有机污染物，其主要来源于工业排放，如煤化工、农药、涂料、制药、造纸印染业等。苯酚作为酚类化合物中结构最简单的物质，是一类主要的化工原料或生产的中间产物。相关研究表明，苯酚即使在低浓度下也会对人类和生态环境造成严重危害。因此，迫切需要一种高效的处理技术对废水中的苯酚进行彻底的降解。

目前，在国内外报道的水处理策略中，基于硫酸盐的高级氧化工艺作为一种新兴技术引起了人们的极大兴趣。与传统的羟基自由基Fenton体系相比，该体系具有较高的氧化还原电位(2.5-3.1V vs 1.8-2.7V)，更宽的pH适应性(2-9)和更长的寿命(t

专利公开号为CN111841620B的专利公开了一种毫米级过一硫酸盐活化剂ZSM-5-(C@Fe)及其制备方法与应用。该发明首次合成毫米级稳定结构的PMS活化剂ZSM-5-(C@Fe)，利用ZSM-5易于羧基化的特性和金属有机骨架材料(MOFs)中的游离的羧基聚合，然后在氮气的氛围下热解，形成了既有ZSM-5极佳水稳定性，又有热解MOFs形成的具有活化位点的Fe掺杂C结构的新型毫米级PMS活化剂。该催化剂对PMS的活化效果良好，易于回收循环使用，在降解持久性有机污染物方面具有很大的应用前景。

专利公开号为CN114939394A的专利公开了一种铁改性水热炭的制备方法及其在降解DDT中的应用。该发明通过将生物质粉末与铁盐溶液在水热反应釜中进行反应，生成铁改性水热炭Fe@HC，然后将其与过一硫酸盐分别投入DDT溶液中，完成对DDT的降解。该催化剂材料制作工艺简单，克服了传统金属氧化物易团聚的缺点，且铁改性水热炭表面缺陷程度明显提高，活性功能基团增加，增强了活化PMS产生自由基的能力，该合成方法操作简单，实现了废物资源化的同时增强了溶液中DDT的去除能力。

然而，铁基催化剂还是存在一些缺点，包括导电性差、催化活性不足、铁泥的形成、不可避免的纳米颗粒(NPs)的聚集以及金属离子的浸出，这些都极大地限制了其在水体中污染物去除领域的限制。因此，开发高效的新型铁基催化剂对污染物的氧化降解具有重要意义和挑战性。本发明提出了一种降解水体中有机污染物的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其制备方法，涉及的催化剂是以具有独特结构和固定金属组分比例的Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

发明内容

本发明的目的在于合成一种碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其制备方法，涉及水体环境治理功能性材料及其制备技术，其是以具有独特结构和固定金属组分比的Anderson型多金属氧酸盐FeMo

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂，其特征在于：所述碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂为Fe-Mo

本发明采用的另一种技术方案是：一种碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂的制备方法，包括如下主要步骤：

(1)预先合成一定量的双金属源前驱体Anderson型多金属氧酸盐(NH

(2)将FeMo

进一步优选，所述Anderson型多金属氧酸盐的制备过程如下：

(i)将1.00～2.00g的硫酸铁溶于20mL去离子水中，搅拌至溶解完全，再倒入正在沸腾的100mL 45～65mg/mL七钼酸铵水溶液中；

(ii)将上述所得的水溶液进一步蒸发15～20min，冷却至室温，得到黄色晶体，后过滤收集产物，真空干燥过夜，制得双金属硫化物前驱体FeMo

进一步优选，步骤(i)中45～65mg/mL七钼酸铵水溶液为4.5～6.5g四水合七钼酸铵加入100mL水中，后在120～150℃下加热直至沸腾。

进一步优选，所述步骤(2)中将FeMo

(i)将0.12～0.36g FeMo

(ii)将上述固体粉末放入刚玉舟中，在氩气下先于500～600℃煅烧1h，后与700～900℃下保持4h，得到黑色粉末；

(iii)黑色粉末产物经稀盐酸处理去除残留金属物种及金属氧化物，最终制得碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂，即Fe-Mo

进一步优选，步骤(iii)中稀盐酸的浓度为0.1～0.2M。

进一步优选，本发明还提供了一种降解水体中有机污染物的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂的应用，及Fe-Mo

进一步优选，Fe-Mo

本发明的有益之处主要体现在：

(1)本发明采用的直接煅烧法工艺简单、成本低廉、制备条件易于控制且可大规模生产，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。

(2)本发明的双金属源为Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

(3)本发明所制备的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂克服了传统铁基催化剂易团聚及催化活性不足的缺点，从而能够快速激活PMS产生大量的活性氧来高效去除水体中的难降解有机污染物，且该催化剂稳定性好，可循环使用，有希望成为实际水体环境修复和治理的候选者。

附图说明

图1为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料的XRD图。

图2为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料的TEM图。

图3为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料的XPS图。

图4为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料降解苯酚效果图。

图5为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂对苯酚的催化降解稳定性实验效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂的合成是采用简单的直接煅烧法，先合成具有独特结构和固定金属组分比的Anderson型多金属氧酸盐FeMo

首先合成一定量的双金属源前驱体Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

实施例1

首先合成一定量的双金属源前驱体Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

实施例1制得的Fe-Mo

实施例1制得的Fe-Mo

实施例2

以合成Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

实施例2制得的Fe-Mo

实施例2制得的Fe-Mo

实施例3

以合成Anderson型多金属氧酸盐(POMs)FeMo

实施例3制得的Mo

图3是碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料的XPS图，可以发现以多酸FeMo

使用实施例1所得的碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂进行催化性能评价：将50mL苯酚(Ph)溶液(10mg/L)加入到50mL的烧杯中，在室温下机械搅拌，然后在上述溶液中加入10mg催化剂(0.2g/L)，暗反应30min达到吸附解吸平衡。将1.0mM PMS加入反应体系，按预定时间间隔取1.0mL反应溶液，立即与0.1mL甲醇混合，使反应淬灭，然后用0.22um的有机系滤头过滤。采用高效液相色谱(HPLC)对样品进行测试分析，计算其降解率。

图4是碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂及其对比材料降解对氯苯酚效果图，可以看出，当没有添加催化剂和PMS时，苯酚几乎没有降解，说明对氯苯酚在降解的过程中自身稳定，且在单独PMS及单独Fe-Mo

图5为碳包裹铁掺杂碳化钼催化剂对苯酚的催化降解稳定性实验效果图。该催化剂经过5次循环实验后对苯酚的降解效果仍旧可以达到93.7％，表明催化剂稳定性好。

通过上述研究发现，以具有独特结构和固定金属组分比的FeMo