【CN109731603A】一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法及其应用【专利
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5 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1 ：将1g生物 质蒲公英 和2g乙 二胺四乙 酸二钠盐置于玻璃研钵中研磨10min使其 充分混合均匀得到物料A，在乙二胺四乙酸二钠盐的作用下调控碳材料，使其由原本的介孔 结构调控为含有大量微孔和孔径较小的介孔结构，从而增加碳材料的比表面积和孔体积， 暴露更多的活性位点，增强材料的催化降解活性；
6 .根据权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的氮掺杂碳催化剂作为电芬顿体系的 阴极催化剂用于降解甲基蓝溶液。
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CN 109731603 A
说 明 书
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一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适 性方法及其应用
技术领域 [0001] 本发明属于多孔碳材料的合成技术领域，具体涉及一种用于水体有机污染物降解 的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法及其应用。
杂碳催化剂的普适性方法及其应用 ( 57 )摘要
本发明公开了一种以单一致孔剂制备孔尺 寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法及其应 用，属于多孔碳材料的合成技术领域。本发明的 技术方案要点为：将生物质和乙二胺四乙酸系列 的盐置于玻璃研钵中研磨使其充分混合均匀得 到物料A；将物料A转移至瓷舟中并放置于管式炉 中 ，在惰性气体保护下由室温经过60min升温至 300℃保持120min，再以5℃/min的升温速率升温 至700℃保持120min ，然后自 然降 温至室温得到 物料B ；再用高纯水将物料B洗涤2-3次 ，然后于 40-60℃干燥12h得到孔尺寸可控的氮掺杂碳催 化剂。本发明制得的氮掺杂碳催化剂相较于纯生 物质合成的材料而言含有大量的微孔和孔径较 小的介孔，将其作为阴极材料应用到电芬顿体系 中能够高效降解有机污染物。
(10)申请公布号 CN 109731603 A (43)申请公布日 2019.05.10 C02F 101/38(2006 .01)
权利要求书1页 说明书4页 附图5页
CN 109731603 A
CN 109731603 A
Baidu Nhomakorabea
权 利 要 求 书
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1 .一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法，其特征在于具 体过程为：
代理人 路宽
(51)Int .Cl . B01J 27/24(2006 .01) B01J 35/10(2006 .01) C02F 1/461(2006 .01) C02F 1/467(2006 .01) C02F 101/34(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺
步骤S3 ：将物料B 用高纯水洗涤后于40-60℃干燥12h得到目 标 产物孔尺寸可控的 氮掺 杂碳催化剂，该氮掺杂碳催化剂的比表面积为676-892m2/g，且含有大量的微孔和介孔。
2 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S1中所述生物质与乙二胺四乙酸系列的盐的投料质量比为1:0 .5-4。
步骤S2 ：将物料A转移至瓷舟中并置于管式 炉中 ，在惰性气体氛围中先由室温经60min 升温至300℃并保持120min，再以5℃/min的升温速率升温至700℃并保持120min，然后自然 冷却至室温得到物料B；
步骤S3 ：将物料B 用高纯水洗涤2-3次 后于40℃干燥12h得到目 标 产物孔尺寸可控的 氮 掺杂碳催化剂，该氮掺杂碳催化剂用作电芬顿体系的阴极催化剂降解50mL浓度为10mg/L的 甲基蓝溶液，降解彻底所用时间为60min。
步骤S1 ：将生物 质和乙二胺四乙酸系列的盐研磨混合均匀得到物料A ，其中生物 质为蒲 公英，乙二胺四乙酸系列的盐为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸锰二钠盐、乙二胺四乙 酸铜二钠盐、乙二胺四乙酸二钠镁盐、乙二胺四乙酸镁二钠盐、乙二胺四乙酸铁钠盐或乙二 胺四乙酸二钠钴盐；
步骤S2 ：将物料A转移至瓷舟中并置于管式 炉中 ，在惰性气体氛围中先由室温经60min 升温至300℃并保持120min，再以5℃/min的升温速率升温至700℃并保持120min，然后自然 冷却至室温得到物料B；
3 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S1中所述生物质与乙二胺四乙酸系列的盐的投料质量比为1:2。
4 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S2中所述惰性气体为氮气或氩气中的一种或多种。
背景技术 [0002] 随着世界经济和现代工业的快速发展，环境和能源问题日益突出，很多难以降解 的有机污染物直接排放到水体中 ，不仅造成了水体的污染 ，还会在生物体内富集 ，直接影响 生态环境和人类健康。因此，预防和处理有机污染物是解决当前环境问题的首要任务。 [0003] 电芬顿技术作为一种高效且环境友好的高级电化学氧化技术，近年来发展迅猛。 目前，碳基材料如活性碳纤维、石墨、炭海绵、石墨毡、网状玻璃体碳等，以其储量丰富、导电 性好、成本低廉、化学稳定性好等优点，在电芬顿体系中受到了越来越多的关注。然而，该类 催化剂往往只能部分降解有机污染物，无法实现对工业废水的彻底处理。因此探索更高效 的碳基催化材料，对于拓宽电芬顿体系在工业废水处理中的实际应用显得尤为重要。 [0004] 在氧还原反应中，具有微/介孔的多孔结构的材料有利于反应的进行，其中，丰富 的 微孔可以 提供大量的活性位点 ，丰富的 介孔则有利于催化剂层内的 快速的 传 质过程。通 常 ，为了有效提升碳基催化剂的催化性能 ，需要借助活化剂（KOH、NaOH、H3PO4、MgCl2或 ZnCl2）制备多孔碳材料，但是，此类活化剂制备的碳材料不仅孔结构单一，后处理过程复杂 （需酸洗），且无法实现孔尺寸的有效控制，这极大阻碍了碳基材料在电芬顿降解体系中的 应用。因此，有必要设计一种能够实现孔尺寸可控的氮掺杂碳材料的制备方法。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910064684 .4
(22)申请日 2019 .01 .23
(71)申请人 河南师范大学 地址 453007 河南省新乡市牧野区建设东 路46号
(72)发明人 高书燕 陈晨 田苗 贾献彬
(74)专利代理机构 新乡市平原智汇知识产权代 理事务所(普通合伙) 41139
步骤S1 ：将1g生物 质蒲公英 和2g乙 二胺四乙 酸二钠盐置于玻璃研钵中研磨10min使其 充分混合均匀得到物料A，在乙二胺四乙酸二钠盐的作用下调控碳材料，使其由原本的介孔 结构调控为含有大量微孔和孔径较小的介孔结构，从而增加碳材料的比表面积和孔体积， 暴露更多的活性位点，增强材料的催化降解活性；
6 .根据权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的氮掺杂碳催化剂作为电芬顿体系的 阴极催化剂用于降解甲基蓝溶液。
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CN 109731603 A
说 明 书
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一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适 性方法及其应用
技术领域 [0001] 本发明属于多孔碳材料的合成技术领域，具体涉及一种用于水体有机污染物降解 的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法及其应用。
杂碳催化剂的普适性方法及其应用 ( 57 )摘要
本发明公开了一种以单一致孔剂制备孔尺 寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法及其应 用，属于多孔碳材料的合成技术领域。本发明的 技术方案要点为：将生物质和乙二胺四乙酸系列 的盐置于玻璃研钵中研磨使其充分混合均匀得 到物料A；将物料A转移至瓷舟中并放置于管式炉 中 ，在惰性气体保护下由室温经过60min升温至 300℃保持120min，再以5℃/min的升温速率升温 至700℃保持120min ，然后自 然降 温至室温得到 物料B ；再用高纯水将物料B洗涤2-3次 ，然后于 40-60℃干燥12h得到孔尺寸可控的氮掺杂碳催 化剂。本发明制得的氮掺杂碳催化剂相较于纯生 物质合成的材料而言含有大量的微孔和孔径较 小的介孔，将其作为阴极材料应用到电芬顿体系 中能够高效降解有机污染物。
(10)申请公布号 CN 109731603 A (43)申请公布日 2019.05.10 C02F 101/38(2006 .01)
权利要求书1页 说明书4页 附图5页
CN 109731603 A
CN 109731603 A
Baidu Nhomakorabea
权 利 要 求 书
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1 .一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方法，其特征在于具 体过程为：
代理人 路宽
(51)Int .Cl . B01J 27/24(2006 .01) B01J 35/10(2006 .01) C02F 1/461(2006 .01) C02F 1/467(2006 .01) C02F 101/34(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一种以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺
步骤S3 ：将物料B 用高纯水洗涤后于40-60℃干燥12h得到目 标 产物孔尺寸可控的 氮掺 杂碳催化剂，该氮掺杂碳催化剂的比表面积为676-892m2/g，且含有大量的微孔和介孔。
2 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S1中所述生物质与乙二胺四乙酸系列的盐的投料质量比为1:0 .5-4。
步骤S2 ：将物料A转移至瓷舟中并置于管式 炉中 ，在惰性气体氛围中先由室温经60min 升温至300℃并保持120min，再以5℃/min的升温速率升温至700℃并保持120min，然后自然 冷却至室温得到物料B；
步骤S3 ：将物料B 用高纯水洗涤2-3次 后于40℃干燥12h得到目 标 产物孔尺寸可控的 氮 掺杂碳催化剂，该氮掺杂碳催化剂用作电芬顿体系的阴极催化剂降解50mL浓度为10mg/L的 甲基蓝溶液，降解彻底所用时间为60min。
步骤S1 ：将生物 质和乙二胺四乙酸系列的盐研磨混合均匀得到物料A ，其中生物 质为蒲 公英，乙二胺四乙酸系列的盐为乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸锰二钠盐、乙二胺四乙 酸铜二钠盐、乙二胺四乙酸二钠镁盐、乙二胺四乙酸镁二钠盐、乙二胺四乙酸铁钠盐或乙二 胺四乙酸二钠钴盐；
步骤S2 ：将物料A转移至瓷舟中并置于管式 炉中 ，在惰性气体氛围中先由室温经60min 升温至300℃并保持120min，再以5℃/min的升温速率升温至700℃并保持120min，然后自然 冷却至室温得到物料B；
3 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S1中所述生物质与乙二胺四乙酸系列的盐的投料质量比为1:2。
4 .根据权利要求1所述的以单一致孔剂制备孔尺寸可控的氮掺杂碳催化剂的普适性方 法，其特征在于：步骤S2中所述惰性气体为氮气或氩气中的一种或多种。
背景技术 [0002] 随着世界经济和现代工业的快速发展，环境和能源问题日益突出，很多难以降解 的有机污染物直接排放到水体中 ，不仅造成了水体的污染 ，还会在生物体内富集 ，直接影响 生态环境和人类健康。因此，预防和处理有机污染物是解决当前环境问题的首要任务。 [0003] 电芬顿技术作为一种高效且环境友好的高级电化学氧化技术，近年来发展迅猛。 目前，碳基材料如活性碳纤维、石墨、炭海绵、石墨毡、网状玻璃体碳等，以其储量丰富、导电 性好、成本低廉、化学稳定性好等优点，在电芬顿体系中受到了越来越多的关注。然而，该类 催化剂往往只能部分降解有机污染物，无法实现对工业废水的彻底处理。因此探索更高效 的碳基催化材料，对于拓宽电芬顿体系在工业废水处理中的实际应用显得尤为重要。 [0004] 在氧还原反应中，具有微/介孔的多孔结构的材料有利于反应的进行，其中，丰富 的 微孔可以 提供大量的活性位点 ，丰富的 介孔则有利于催化剂层内的 快速的 传 质过程。通 常 ，为了有效提升碳基催化剂的催化性能 ，需要借助活化剂（KOH、NaOH、H3PO4、MgCl2或 ZnCl2）制备多孔碳材料，但是，此类活化剂制备的碳材料不仅孔结构单一，后处理过程复杂 （需酸洗），且无法实现孔尺寸的有效控制，这极大阻碍了碳基材料在电芬顿降解体系中的 应用。因此，有必要设计一种能够实现孔尺寸可控的氮掺杂碳材料的制备方法。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910064684 .4
(22)申请日 2019 .01 .23
(71)申请人 河南师范大学 地址 453007 河南省新乡市牧野区建设东 路46号
(72)发明人 高书燕 陈晨 田苗 贾献彬
(74)专利代理机构 新乡市平原智汇知识产权代 理事务所(普通合伙) 41139