[發明專利]SBA-15負載鈷氧化物催化劑、制備方法及在廢水處理中的應用

無效

• 申請號: 201310241468.5
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103301869A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張暉;蔡純;鐘欣
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J29/035
• 分類號: B01J29/035;C02F1/72;C02F1/36;C02F1/46;C02F103/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于介孔催化劑合成領域，具體涉及一種SBA-15負載鈷氧化物催化劑、制備方法及其在廢水處理中的應用。

背景技術

有機廢水是一類難降解的廢水。以印染廢水為例，其排放量大，有機污染物含量高，種類復雜。由于有機污染物化學結構的穩定性，毒性大，處理難度高，傳統的處理技術已受到嚴重挑戰。對其應用常規處理技術，如物化法、化學法和生物法及其組合的方法，很難達到滿意的處理效果。

傳統的高級氧化技術是以產生^·OH為氧化劑來降解污染物的方法。由于均相催化劑具有回收難，環境污染等弱點，所以非均相催化劑是成為近年來高級氧化技術的研究熱點。目前應用高級氧化技術處理印染廢水的方法主要有非均相Fenton法及類Fenton法，催化濕式氧化法，光催化氧化法等。這些高級氧化技術由于成本較高，有些反應條件甚至較為苛刻(高溫高壓)，限制了其應用。

基于硫酸根自由基(SO4^-·)的高級氧化技術是近年來發展起來的有毒有機污染物氧化降解新技術。一般采用活化過一硫酸鹽產生高活性的硫酸根自由基，氧化分解水體中的有毒有機污染物質，促使大多數難降解有機物氧化降解。

目前應用非均相催化劑處理染料廢水的主要有光催化氧化法和催化濕式氧化法等。光催化氧化法由于多采用半導體材料催化劑，其在可見光的催化活性以及高效光反應器的研制還有待于進一步的提高，而催化濕式氧化法由于反應條件較為苛刻（高溫高壓），其使用的貴金屬由于昂貴的價格限制了其應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種SBA-15負載鈷氧化物催化劑及其制備方法，具有制作成本低的優點。本發明利用SBA-15負載鈷氧化物活化過一硫酸鹽，并分別與超聲和電化學技術相結合，對廢水中的有機污染物具有很好的降解效果，工藝流程簡單、實施成本低，具有很好的推廣前景。

本發明的技術方案如下：

一種SBA-15負載鈷氧化物催化劑，其特征是，在SBA-15介孔材料上負載鈷氧化物，所述鈷氧化物為氧化鈷、三氧化二鈷、四氧化三鈷中的一種或一種以上。

上述的SBA-15負載鈷氧化物催化劑的制備方法具體包括如下步驟：

（1）將氨基乙酸加入到硝酸鈷溶液中，氨基乙酸的質量與硝酸根離子的質量比為1:1，攪拌2小時；

（2）將SBA-15加入到步驟（1）中的溶液中，鈷的質量與SBA-15的質量比為3.6%，常溫攪拌24小時；

（3）升溫至280℃，進行燃燒反應；

（4）對步驟（3）所得樣品進行干燥；

（5）將步驟（4）中干燥后的樣品煅燒4～6小時，煅燒溫度為500～700℃，得到SBA-15負載鈷氧化物的催化劑。

所說的SBA-15介孔材料采用文獻中的方法合成：取一定量的三嵌段共聚物P123溶解于一定體積的1.9M鹽酸中，控制溶液溫度在35～38℃之間，待三嵌段共聚物P123攪拌溶解后，逐滴加入15.5mL?TEOS，在溶液溫度為38℃下攪拌24個小時，然后將所得樣品置于高壓釜中，將高壓釜放入到溫度為100℃的烘箱中24個小時，待高壓釜冷卻后，將抽濾得到的固體樣品于80℃下烘干12小時，所得固體在550℃下煅燒4個小時（升溫程序是1℃/min）。

上述SBA-15負載鈷氧化物催化劑在廢水處理中的應用，其具體方法為：將SBA-15負載鈷氧化物催化劑與過一硫酸鹽（2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄）同時加入到廢水中，即構成非均相活化過一硫酸鹽廢水處理體系。

在非均相活化過一硫酸鹽廢水處理體系中引入超聲，即構成超聲協同非均相活化過一硫酸鹽廢水處理體系，所述超聲的功率一般為200W。

在非均相活化過一硫酸鹽廢水處理體系中通入電流，即構成電化學協同非均相活化過一硫酸鹽廢水處理體系，所述電流大小一般取0.5A。

本發明的有益效果：

（1）本發明中SBA-15負載鈷氧化物催化劑是以硝酸鈷為原料，SBA-15為載體，將鈷鹽負載到SBA-15上，經過處理得到SBA-15負載鈷氧化物催化劑，該催化劑制備方法簡便，價格低廉，催化活性高，穩定性好。

（2）用該催化劑應用于非均相活化過一硫酸鹽、超聲協同非均相活化過一硫酸鹽、電化學協同非均相活化過一硫酸鹽處理有機廢水，可在室溫條件下進行，反應條件溫和，處理效果好，且固相催化劑易于分離，不會引入新雜質。

（3）工藝流程簡單，費用低，具有很好的實際運用的前景。