[發明專利]磁性介孔碳載鈷催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201510090844.4
• 申請日: 2015-02-28
• 公開（公告）號: CN104667930A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 龐婭;李雪;羅琨;廖興盛;裴習君;許第發;王麗平
• 申請（專利權）人: 長沙學院
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C02F1/72;C02F1/58
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及磁性固定化催化劑和染料污染物技術領域，尤其涉及一種磁性介孔碳載鈷催化劑，還涉及該磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法和在降解偶氮染料中的應用。

背景技術

偶氮染料類有機污染物具有難生物降解，毒性較大，色度高等特征，是水污染控制領域的重要內容。在眾多的物理法、化學法和生物處理法中，化學氧化法具有處理效率高，適應范圍廣等優點，但是也存在二次污染的不足。近年來，基于催化反應的高級氧化技術處理偶氮染料引起了廣泛的關注。傳統的芬頓高級氧化技術依靠雙氧水和亞鐵離子反應生成高活性的羥基自由基，可以處理大部分有機污染物，且操作較簡單，處理效率較高。但是該化學氧化法的pH適應范圍窄，污泥產生量大。

如何高效處理偶氮染料，同時又不造成二次污染成了污染技術領域丞待解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種處理效率高、二次污染極低、可重復利用的磁性介孔碳載鈷催化劑，還提供了一種制備方法簡單的磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法；該磁性介孔碳載鈷催化劑可應用于偶氮染料的去除。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種磁性介孔碳載鈷催化劑，該磁性介孔碳載鈷催化劑以磁性介孔碳為載體，鈷離子通過等體積浸漬法固定到磁性介孔碳，鈷的質量百分含量為2.5%～4.5%。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了上述的磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用模板法制備磁性介孔碳；

S2、在步驟S1中制備得到的磁性介孔碳中滴加超純水，使磁性介孔碳吸水飽和，得到單位重量載體的飽和吸水量；

S3、按照步驟S2中單位重量載體的飽和吸水量，在步驟S1中制備得到的磁性介孔碳中滴加相同體積的硝酸鈷溶液，浸漬24?h～36?h得到浸漬有鈷的磁性介孔碳；

S4、將浸漬有鈷的磁性介孔碳烘干、研磨成粉末、煅燒，完成磁性介孔碳載鈷催化劑的制備。

上述的制備方法，優選的，硝酸鈷溶液的滴加量為磁性介孔碳的飽和吸水量。

上述的制備方法，優選的，步驟S4中煅燒溫度為450℃～550℃。

作為本發明的同一技術構思，本發明還提供了一種采用前述的磁性介孔碳載鈷催化劑或采用前述制備方法制得的磁性介孔碳載鈷催化劑在降解偶氮染料中的應用。

上述的應用，優選的，應用方法為：在偶氮染料中加入單過硫酸鹽和磁性介孔碳載鈷催化劑，通過振蕩處理完成對偶氮染料的降解。

上述的應用，優選的，完成對偶氮染料降解后，在反應體系中加入甲醇，終止催化反應。

上述的應用，優選的，磁性介孔碳載鈷催化劑的濃度為0.1?mg/mL～0.2?mg/mL；單過硫酸鹽的濃度為0.614?mg/mL～0.920?mg/mL。優選的，單過硫酸鹽為過硫酸氫鉀復合鹽。

上述的應用，優選的，振蕩處理的速度為150?r/min～200?r/min，振蕩處理時間為30?min～45?min。

上述的應用，優選的，偶氮染料的濃度為50?mg/L～300?mg/L。

上述的應用，優選的，偶氮染料為亞甲基藍。

本發明的創新點在于：

本發明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑，將過渡金屬Co²⁺負載的磁性介孔碳上，一方面，過度金屬Co²⁺催化過硫酸氫鉀復合鹽產生硫酸根自由基，而硫酸根自由基的具有強氧化性，在pH=2～8的范圍內，對大部分有機污染的降解效率都高，且催化劑用量少，反應條件簡單溫和，自由基生成率高，是一種較好的產生硫酸根自由基的方法。

雖然金屬鈷可以催化PMS產生高氧化性能的硫酸自由基來分解酚類、染料、除草劑等污染物，但是鈷是一種對環境和人類健康有毒害作用的重金屬，能夠引起哮喘、肺炎等肺部疾病。降解完成后，需要將鈷從溶液中分離回收處理，增加了整個操作過程的難度和成本。本發明將金屬鈷固定在載體上面，采用非均相催化體系來實現降解過程。

磁性介孔碳是一種兼具介孔性和磁性的功能材料，其介孔性質既能帶來大的比表面積，又能提供孔結構用于固定目標物，同時減小接觸阻力。使用介孔材料來固定催化劑載體的時候，負載容量高，且催化劑是以納米尺寸被固定在介孔上面的，因此暴露的面積大，易于和催化底物接觸，大大提高催化效率，甚至達到均質催化系統的效果。

與現有技術相比，本發明的優點在于：