一种基于多孔碳微胶囊的MOFs衍生Fe-N-C电催化剂的制备及其应用的制作方法

本发明属于电催化应用领域，具体涉及一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备及其应用。

背景技术：

1、在国内经济产业的蓬勃发展以及人们生活水平提高的双重影响下，人民群众的日常生活以及工农业生产对淡水资源需求量也明显提升，但同时，城市生活污水以及农业工业发展过程中的废水排放规模也在持续扩张，使得国内本就稀少的淡水资源出现了水污染问题。

2、目前，用于水污染治理的主要修复技术如下：1、吸附法。这种污水处理方法是通过物理和化学方法对于污水中的各种杂质进行吸附；2、电化学催化技术。该项污水处理技术一般是以阳极反应技术作为基础发挥作用，对于污水中的有机物进行降解处理；3、人工湿地治理技术。该项污水处理技术主要是利用人为方式建造湿地系统，由湿地生态系统中包括的土壤、微生物、植物，进行污染物的物理、化学以及生物净化处理。根据目前的技术实践来看，电化学催化技术是处理污水的常用有效技术，其中的电芬顿氧化反应利用电化学法产生fe2+和h2o2利用强氧化作用将污水中的有机物氧化从而达到去除有机物的目的。尽管电芬顿氧化技术在难降解有机污染物的处理中已经取得了较好的结果，并在多种工业污水处理中均有应用。但是传统的fenton技术依然存在电流效率低，反应ph值较低，反应生成的铁泥会造成二次污染，增加后处理的难度和成本等缺点，限制了其大规模应用。

技术实现思路

1、为了解决上述问题中的至少一种，本发明提供了一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备及其应用。

2、为了达到上述目的，本发明采用了如下技术手段：

3、本发明的第一方面提供了一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）将聚合物加入到n，n-二甲基甲酰胺中，得到均匀聚合物溶液；

5、（2）将有机金属盐加入到步骤1充分搅拌，得到均匀的含有金属的聚合物溶液；

6、（3）将步骤2得到的含有金属的聚合物溶液逐滴滴加至按体积比1：4配制成的乙醇-水溶液中，固化成型，得到成型的聚合物微胶囊，经过洗涤、固化和干燥后得到最终含有金属活性位点的聚合物微胶囊；

7、（4）将步骤3中含有金属活性位点的聚合物微胶囊进行干燥后进行气相沉积改性，在90~160 ℃，反应8~12 h，之后取出放入坩埚中，在250~450 ℃下煅烧100~240 min，升温速率为300~600 ℃/h，得到基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂。

8、在本发明的一些实施方案中，步骤1中聚合物为聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。在本发明的一些优选实施方案中，步骤1中聚合物为聚丙烯腈。

9、在本发明的一些实施方案中，步骤1中的有机金属盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁和二茂铁中的一种或多种。在本发明的一些优选实施方案中，步骤1中的有机金属盐为乙酰丙酮铁或者乙酰丙酮铁与乙酰丙酮钴/二茂铁的混合物。

10、在本发明的一些实施方案中，步骤1中的聚合物溶液浓度为7~10 %。在本发明的一些优选实施方案中，步骤1中的聚合物溶液浓度为7%。

11、在本发明的一些实施方案中，步骤2中的聚合物和有机金属盐的总质量与n，n-二甲基甲酰胺的质量比为1：（1.2~2）。在本发明的一些优选实施方案中，步骤2中的聚合物和有机金属盐的总质量与n，n-二甲基甲酰胺的质量比为1：2。

12、在本发明的一些实施方案中，步骤4中气相沉积的微胶囊和含氮配体质量比为2：（5~1）。在本发明的一些优选实施方案中，步骤4中气相沉积的微胶囊和含氮配体质量比为2：1。

13、在本发明的一些实施方案中，步骤4中有机氮配体为二甲基咪唑、尿素、硫脲、缩二脲中的一种。在本发明的一些优选实施方案中，步骤4中有机氮配体为二甲基咪唑。

14、本发明的第二方面提供了第一方面所述的方法制备得到的电催化剂。

15、本发明的第三方面提供了第二方面所述的催化剂在污水电催化降解中的应用。

16、本发明的有益效果

17、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

18、以聚合物为原料与有机金属盐混合，使聚合物内部包含金属，增加聚合物微胶囊的金属活性位点，一起制备出具有多孔结构的纳米微胶囊，通过在微球上进行改性：聚合物微胶囊与含氮配体（二甲基咪唑）进行气相沉积，使得聚合物微胶囊限域封装并且原位生长mof，避免活性组分的丢失，同时也有效提升催化性能，解决了聚合物微胶囊活性金属位点容易团聚的难题；气相沉积改性好的聚合物微球在进行煅烧之后，具有大量碳集团的存在，可以促进电子的转移，更有利于进行电芬顿催化实验。

19、根据本发明提供的制备方法制备得到的催化剂适用于电催化反应。本发明的催化剂制备方法简单，原料易得，反应条件广泛，ph适用范围广，制得的催化剂适用于污水的降解。具有很好的发展前景。

技术特征：

1.一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中聚合物为聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中的有机金属盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁和二茂铁中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中的有机金属盐为乙酰丙酮铁或者乙酰丙酮铁与乙酰丙酮钴/二茂铁的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中的聚合物溶液浓度为7~10 %。

6.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中的聚合物和有机金属盐的总质量与n，n-二甲基甲酰胺的质量比为1：（1.2~2）。

7.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中气相沉积的微胶囊和含氮配体质量比为2：（5~1）。

8.根据权利要求1所述的一种基于多孔碳微胶囊的mofs衍生fe-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，有机氮配体为二甲基咪唑、尿素、硫脲、缩二脲中的一种。

9.一种根据权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的电催化剂。

10.一种权利要求9所述的催化剂在污水电催化降解中的应用。

技术总结本发明公开了一种基于多孔碳微胶囊的MOFs衍生Fe‑N‑C电催化剂的制备及其应用，制备步骤包括：将聚合物加入到N，N‑二甲基甲酰胺中，随后加入有机金属盐充分搅拌，再逐滴滴加至乙醇‑水溶液中，固化成型，经过洗涤、固化和干燥后得到含有金属活性位点的聚合物微胶囊，干燥后气相沉积改性煅烧即得到基于多孔碳微胶囊的MOFs衍生Fe‑N‑C电催化剂。催化剂以聚合物与有机金属盐混合，使聚合物内部包含金属，增加聚合物微胶囊的金属活性位点，与二甲基咪唑气相沉积改进后，聚合物微胶囊限域封装并原位生长MOF，避免活性组分丢失，提升催化性能，煅烧之后，催化剂具有大量碳集团存在，可以促进电子转移，有利于进行电芬顿催化反应。技术研发人员：谭映宇,刘文洁,丁慧敏,黄冠中,钱璨,秦磊,毛晓妍,夏继红,王慧荣受保护的技术使用者：浙江省生态环境科学设计研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/11