摘要
能源危机和环境污染是21世纪最为严峻的两个问题。中国在2007年消耗的甲醛位于世界第一，大量含甲醛废水的排放，对自然环境和人类健康造成了严重的威胁。因此，开发高效的甲醛废水处理技术日益迫切。此外，氢能源因其能量密度高、绿色环保的特性而被认为是未来最值得期待的能源，从而得到广泛的关注。将甲醛制氢与高级氧化技术结合可实现甲醛降解过程中同步制氢。此种方法克服了传统制氢方法存在的效率低和成本高等弊端，对缓解能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。本研究首次将过硫酸盐活化技术应用于甲醛制氢。并围绕硫化钴基材料，进行制氢效率优化和作用机制探究。研究内容和结论如下： （1）以CoCl2?6H2O和L-半胱氨酸为原料，乙二醇为溶剂合成前驱体CoS1.097。然后，通过水热-焙烧法制备了氮掺杂碳共复合Co9S8材料（Co9S8@N-C），将其应用于活化PMS降解甲醛制氢反应。Co9S8@N-C/PMS展现了优异的甲醛制氢效率，氢气1h产量可达315.584μmol，证明了Co9S8@N-C活化PMS用于甲醛制氢体系优异的制氢效果。同时，对该体系的实验条件（催化剂的投加量、PMS浓度、NaOH的浓度、HCHO的浓度和实验温度）进行了优化，为实际应用奠定了基础。猝灭实验和EPR的结果表明在该反应体系中存在SO4?-、O2?-和?OH。这些活性自由基有利于甲醛的C-H键的裂解，促进产氢反应进行，从而达到降解甲醛同时达到产氢的目的。 （2）以CoS1.097为前驱体，通过二次水热法成功合成CoS2@MoS2复合催化剂，将其应用于活化PMS降解甲醛制氢反应。CoS2@MoS2具有更加优异的甲醛制氢效率，反应1h，氢气产量达到780.208μmol，证明了CoS2@MoS2/PMS体系优异的产氢性能。此外，还对该体系的实验条件（催化剂的投加量、PMS浓度、NaOH的浓度、HCHO的浓度和实验温度）进行了优化，为实际应用提供了可能。猝灭实验的结果表明该反应体系的主要自由基是SO4?-和O2?-，这些自由基可以攻击甲醛的C-H，使其断裂，促使产氢反应的进行。本研究为开发廉价和高效的制氢技术提供了新的思路。
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