[发明专利]一种钌单原子催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种钌单原子催化剂的制备方法及其应用。该方法通过以下步骤实现：首先将骨架材料ZIF‑8热解得到N‑C，然后将N‑C、Ru(acac)subgt;3/subgt;和双氰胺加入到水和异丙醇的混合物中，超声搅拌后，真空干燥，退火，最后得到Rusubgt;AC/subgt;‑N‑C。本发明制备得到的Rusubgt;SA/subgt;‑N‑C，能够用于有机污染物的降解，在极短时间内降解率可达100%。此外，制备的Rusubgt;SA/subgt;‑N‑C催化剂的双反应位点大大缩短了活性物质与有机污染物分子之间的迁移距离，显著提高了Rusubgt;SA/subgt;‑N‑C的催化性能，有利于在无二次金属污染的情况下降解有机污染物。为Rusubgt;SA/subgt;‑N‑C/PMS系统的高效污水处理提供了一种潜在的方法。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种钌单原子催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

近几十年来，随着社会的快速发展，环境污染已经成为一个严重的问题。特别是水中许多毒性强、耐生物降解的难降解有机化合物是天然水和工程水中的主要污染物，传统的吸附、絮凝和生物方法无法完全消除这些污染物。纺织、印染、皮革加工等行业的废水中通常含有高浓度的各种染料，这些染料不可生物降解，具有毒性，具有潜在的致癌性和诱变性，对生态环境造成不利影响。对于这些难降解有机物，在进入环境前对含有该类物质的废水进行有效处理是有必要的。

一般来说，处理水体中有机污染物的技术主要包括（1）物理法：利用物理方法将有机污染物通过沉降、吸附、萃取等技术从水相中分离出来，以达到净化水体的目的。但该方法不能彻底根除污染物，且还有可能对环境造成二次污染。（2）生物法：利用微生物的生化作用，将有害物质分解转化为无害物质，从而达到净化水体的目的。生物处理方法设备简单，运行费用低，但其处理周期长且设备占用面积大。（3）化学法：在废水中加入氧化剂或者利用其它手段产生具有氧化性的物质，使其与废水中的还原性有机污染物发生化学反应，将有害物质转化为无害物质来达到净水目的。化学法包括还原法、电化学法以及氧化法。还原法主要是利用机械加工中产生的铁屑来处理废水，处理方法存在特异性。电化学法是指利用直流电在电解槽中的电解作用，把印染废水中的有害物质去除或者转化为低毒的物质。该方法成本高、能耗大。氧化法就是在氧化剂的作用下，助剂和染料有机分子被氧化成有机小分子或无机物。但传统的氧化技术存在反应设备复杂、选择性大、反应速率慢、氧化降解能力弱等特点。基于此，能够有效处理难降解有机废水且对环境影响较小的类Fenton技术应运而生，该技术是处理难降解有机污染物最有发展前途且对环境没有二次污染的方法。在类Fenton反应过程中，过氧单硫酸酯(PMS)作为一种高效氧化剂，在催化剂的作用下产生大量的活性自由基来分解各种有机化合物。然而，催化剂活性金属浸出后存在二次金属污染、PMS利用率低、催化剂催化活性低、稳定性差等明显的关键缺陷，极大地阻碍了其实际应用。因此，研发一种具有超高的原子效率、可调谐的电子结构、易识别的结构和优越的单原子催化剂成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钌单原子催化剂的制备方法。

本发明还提供了一种钌单原子催化剂在水污染处理中的应用。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

一种钌单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将Zn (NO₃)₂·6H₂O溶于甲醇中，超声至完全溶解，加入含2-甲基咪唑甲醇溶液，将混合溶液在室温下剧烈搅拌后转移到反应釜中，加热反应，冷却至室温后，收集得到的沉淀，离心洗涤，最后真空干燥得ZIF-8；

（2）将ZIF-8粉末置于管式炉中，热解得到N-C；