本發明屬于功能碳材料，具體涉及一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法及其應用。
背景技術：
1、沸石咪唑酯骨架材料(zifs)是金屬有機框架材料(mofs)的一種。具有原料成本低、制備周期短的特點。其結合了傳統mofs的規整孔道結構與沸石材料的高穩定性優勢，克服了傳統mofs熱穩定性差、水環境中易分解的缺陷。zifs獨特的微孔限域效應使其能夠高效捕獲污染物分子，在吸附與分離領域展現出顯著潛力。此外，該材料的高比表面積和可調控表面化學特性使其在催化、吸附等場景中具有重要應用價值，為環境治理與能源轉化提供了創新解決方案。
2、雙酚a(bpa)作為典型的內分泌干擾物，可通過破壞生物體內激素平衡對生殖系統、骨骼發育及免疫機能造成嚴重危害。在現有bpa治理技術中，物理吸附法因操作簡便被廣泛采用，但傳統活性炭等吸附材料存在吸附容量低、選擇性差及再生困難等瓶頸；化學氧化法雖可實現bpa降解，卻常伴隨后續化學試劑殘留與二次污染風險；生物降解法受限于微生物活性易受環境因素制約，處理效率難以穩定。針對上述缺陷，開發兼具高效吸附與催化降解功能的雙功能材料成為突破方向。
3、本發明所述的銅氮共摻雜碳材料采用可控熱解工藝制備，具有優異的化學結構穩定性及再生循環性能。用于吸附和催化過一硫酸鹽(pms)降解水中有機污染物，實驗數據顯示bpa吸附容量達149.7mg/g，激活pms降解bpa僅在8min內礦化率達到100％，具備顯著的規模化應用優勢。
技術實現思路
1、本發明為提供一種兼具高效吸附與催化降解效果的雙功能的碳材料及其制備方法和應用。該制備工藝簡單，綠色環保，可高效富集有機污染物并激活過硫酸鹽實現快速降解，循環穩定性優異，適用于有機廢水處理。
2、本發明的目的技術方案如下：
3、一種兼具吸附與催化降解效果的雙功能的碳材料，其呈現低結晶度無定型sp2雜化碳結構，將其命名為cu1.5@n-cm，材料形貌為層狀多孔結構。該材料cu1.5@n-cm是以銅鹽、鋅鹽與甲基咪唑通過原位配位法合成前驅體，再以尿素、雙氰胺或三聚氰胺作為氮源，通過管式爐在惰性氣體氛圍下焙燒而形成的。具體制備方法，包括以下步驟：
4、1)將一定量的鋅鹽和銅鹽分散于一定量的甲醇中并超聲得到澄清溶液。
5、2)將一定量的甲基咪唑分散于一定量的甲醇溶液中攪拌得到澄清溶液。
6、3)將步驟1)和步驟2)中的溶液混合，并在室溫下劇烈攪拌5～12h后得到藍色膠體分散液。
7、4)將步驟3)中的藍色分散液用離心機離心，所得固體用去甲醇洗滌三次。將固體放入鼓風干燥中50～80℃干燥10～14h，得到白色固體。
8、5)將步驟4)中的白色固體與等質量的雙氰胺在甲醇溶液中混合，攪拌12～24h得到乳白色分散液。
9、6)將步驟5)中的白色懸濁液用旋蒸儀蒸干后，收集并干燥，得到白色固體。
10、7)將步驟6)中的白色固體置于管式爐中，在惰性氣氛下，900-1200℃焙燒2～4h，得到黑色粉末。
11、8)將步驟7)中的黑色粉末用0.5m鹽酸酸洗8～10h后，用超純水清洗至清洗液ph為中性后烘干，得到材料cu1.5@n-cm。
12、9)取適量材料cu1.5@n-cm置于一定濃度的bpa溶液中進行吸附反應，1h后向其中加入一定量的pms粉末，進行bpa的降解反應。
13、上述方案，步驟1)中，鋅鹽和銅鹽的摩爾比為4～10：0.5～3。
14、上述方案，步驟2)中，鋅鹽與甲基咪唑的摩爾比為4～10:15～40。
15、上述方案，步驟8)中，材料用量10mg，bpa濃度0.02g/l，pms用量1mmol。
16、本發明提供了一種上述方案制備的zif-8衍生的銅氮共摻雜多孔碳材料，銅源和氮源成功摻雜到碳基材料中，形成納米片相互交織而形成的三維網絡結構，且以介孔為主導，同時包含微孔和大孔的多級復合孔結構。這是別的研究所不能形成的。另外，該銅氮共摻雜多孔碳材料比表面積大、穩定性與循環性能好、吸附與催化活性高，而且制備原料價格低廉，無污染。
17、本發明提供了一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料，通過測試cu1.5@n-cm的活性，發現bpa吸附容量達149.7mg/g，降解bpa僅在8分鐘內礦化率達到100％，相比于純cm(吸附容量77.4mg/g，降解率88％)，吸附性能與催化活性顯著提高，并且具有良好的循環穩定性。
18、本發明的有益效果：
19、1)本發明通過原位配位、浸漬摻雜及高溫熱解策略制備了銅氮共摻雜碳材料，且形成了低結晶度無定型sp2雜化碳結構，cu和n的摻雜增加了材料cu1.5@n-cm的比表面積，促使cu1.5@n-cm形成介孔主導的多級孔體系，還促進cu-nx配位結構的形成，cu-nx作為活性位點可以的吸附與活化，從而表現出優異的吸附與催化性能。
20、2)本發明制備的cu1.5@n-cm材料的原料廉價易得，工藝簡單安全且經濟高效。與其他制備方法相比，本發明的材料在吸附富集與激活pms降解水中bpa的性能顯著提升，兼具高效性與實用性。
21、3)本發明制備的cu1.5@n-cm材料用于吸附富集與激活pms降解水中bpa的反應中，吸附容量高達149.7mg/g，降解bpa僅在8min內礦化率達到100％，相比于純碳(cm的吸附容量77mg/g，降解率80％)，其吸附與催化性能優勢明顯。與其他材料相比，解決了吸附效率低、催化活性低、循環穩定性差等問題。為制備出高效的吸附與催化降解效果的雙功能的碳材料提供了新思路，并為實現該工藝工業化發展打下了基礎。
22、4)本發明制備的cu1.5@n-cm材料有很好的拓展性，可以改變前驅體的金屬離子種類和摻雜比例，制備出不同金屬的碳基摻雜材料。
23、下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
1.一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法，其特征在于，制備工藝簡單，綠色環保，其兼具高效吸附與催化降解效果的雙功能的碳材料，表達式為cu1.5@n-cm。
2.根據權利要求1所述的基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料，其特征在于，該cu1.5@n-cm材料是以原位配位得到的前驅體cu@zif8，浸漬摻雜氮源后通過管式爐在氮氣氛圍內高溫焙燒而形成的。
3.一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求1所述的一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法，其特征在于為，步驟f中，旋蒸壓力為0.09mpa，溫度為50℃。
5.一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法，其特征在于，所述的銅氮共摻雜碳材料采用權利要求1-4任一權利要求所述的制備方法制備得到。
6.根據權利要求5所述的一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料用于吸附和催化pms降解水中有機污染物雙酚a。
7.根據權利要求5所述的一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法及應用，其特征在于，所述的銅氮共摻雜碳材料對于水中雙酚a的吸附條件包括：銅氮共摻雜碳材料＝100mg/l，雙酚a＝20mg/l，t＝25℃。
8.根據權利要求5所述的一種基于zif-8衍生的銅氮共摻雜碳材料的制備方法及應用，其特征在于，所述的銅氮共摻雜碳材料對于水中雙酚a的降解條件包括：銅氮共摻雜碳材料＝100mg/l，雙酚a＝20mg/l，t＝25℃，過一硫酸鉀＝1mmol/l。