[发明专利]碳化聚多巴胺包覆钴纳米颗粒材料及其制备和应用方法

说明书

一种碳化聚多巴胺包覆钴纳米颗粒材料及其制备及应用方法，包括：S1、调节Tris‑HCl缓冲溶液的pH至8.5(溶液A)，再加入六水合氯化钴，搅拌至完全溶解(溶液B)；S2、再加入多巴胺搅拌反应后，离心洗涤、真空干燥后研磨得到物质C；S3、将物质C置于真空管式炉中，在惰性气体保护下烧结即得。本发明制备的材料具有吸附和过硫酸盐催化氧化双功能，其催化作用使得被强烈吸附的污染物原位快速分解，释放出的吸附位点重新吸附残余的有机物，使得更多有机物参与转运过程，提高去除效率，这种吸附‑降解‑吸附循环的模式为去除水环境中的磺胺甲恶唑、双氯芬酸、双酚A、恩诺沙星提供了一种新的去除策略，具有显著的环境效益。

技术领域

本发明涉及催化活化材料技术领域，尤其涉及一种双功能聚多巴胺衍生氮掺杂碳包覆钴纳米颗粒材料及其制备方法和应用方法。

背景技术

与OH·相比，SO₄^-·具有更高的氧化电位(SO₄^-·＝2.5～3.1V，OH·＝1.9～2.7V)、更宽的工作pH值范围(2-9)和更长的半衰期(30-40μs)，因此，基于SO₄^-·的过硫酸盐高级氧化技术在去除水环境中的污染物应用中越来越收到人们的重视。过硫酸盐活化方式有光、超声波等外加能量活化，过渡金属离子、单质及氧化物活化，碳材料活化等方式。

经众多学者研究论证，钴基材料因其显著的催化降解性能是众多过渡金属基纳米催化剂中最好的一种，值得特别关注。然而，不同的钴基催化剂活性中心的数量有所不同，导致其性能和稳定性有巨大差异，此外，Co(Ⅱ)泄露可对环境造成不可逆的伤害，对人体健康造成威胁。而钴基材料复合碳材料可以提高金属的分散性，减少金属的聚集和流失，提高金属基催化剂的循环稳定性。一般情况下，碳材料结构稳定，呈电中性，不会表现出明显的氧化还原活性，尽管有研究报道，活性炭、多孔碳、富勒烯、石墨烯、碳纳米管均可有效活化过硫酸盐去除水体中的有机污染物，然而，由于其表面活性位点数量较少，所以应用于实际污染水体的治理效果并不理想。

值得一提的是，吸附作用在基于过硫酸盐活化去除污染物的高级氧化技术中具有关键作用，有机物的吸附是决定氧化反应速率的控制步骤。然而，当前研究集中于增加催化反应活性位点数量开发新型过硫酸盐活化催化剂，吸附作用对催化过程的贡献往往被弱化甚至忽视，这在一定程度上限制了高效催化剂的发展进程。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种碳化聚多巴胺包覆钴纳米颗粒材料，以及该材料的制备方法和应用方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种碳化聚多巴胺包覆钴纳米颗粒材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、在10mmol/L的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐溶液(Tris-HCl溶液)中加入盐酸调节溶液pH至8.5，得到缓冲溶液A；在缓冲溶液A中加入一定量的六水合氯化钴，搅拌至完全溶解得到溶液B。

S2、将一定量的盐酸多巴胺溶于溶液B中，搅拌反应一段时间后，多巴胺自聚反应生成聚多巴胺，用蒸馏水离心洗涤，再用真空干燥箱进行干燥，干燥结束后研磨得到物质C。此时物质C可为一种黑色粉末。

S3、将物质C(黑色粉末)置于真空管式炉中，在惰性气体保护下烧结得到碳化聚多巴胺包覆钴纳米颗粒材料，亦即双功能聚多巴胺衍生氮掺杂碳包覆钴纳米颗粒。惰性气体可为氮气、氩气或氦气。