[發明專利]一種鈷基多相催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710924336.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN109589990B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;高宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C02F1/70;C01G51/00;C02F101/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種鈷基多相催化材料及其制備方法和應用，屬于無機材料制備以及環境保護技術領域。該多相催化材料為鈷基硫化物材料，通過控制制備過程中的反應體系配比以及反應溫度，可獲得具有不同鈷離子價態、不同相組成的硫化物材料，該類鈷硫化合物具有加氫催化還原水中溴酸根的能力，可直接用于水中致癌溴酸根離子的還原凈化，解決了傳統貴金屬多相催化材料價格昂貴的缺陷。

技術領域

本發明涉及無機材料制備和環境保護技術領域，具體為一種鈷基多相催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

消毒是飲用水處理的關鍵環節之一。相比傳統的氯化消毒方法，臭氧消毒由于具有消毒能力強、不產生鹵代有機物等強致癌物的優點，在發達國家已經被普遍應用，在我國也已經成為包裝飲用水的主流消毒方法，并逐漸被應用于越來越多城市自來水的殺菌消毒。但是臭氧消毒也存在消毒副產物的問題。當原水中含有一定濃度的溴離子時，經臭氧消毒后會產生溴酸根離子。而溴酸根離子對人體有潛在的致癌性，被世界衛生組織認定為2B級的致癌物。因此，世界衛生組織對飲用水中溴酸鹽的最高允許濃度做了限定(10微克/升)。其他國家和地區，如美國環保局和歐盟，也紛紛在其飲用水水質標準中對溴酸根離子的最高允許濃度做了限定。同樣，我國也對溴酸根離子的含量做了限定，允許飲用水中溴酸根離子的最高濃度為10微克/升。目前，去除飲用水中溴酸鹽的潛在方法有很多，主要包括吸附法、膜過濾法、離子交換法、混凝-過濾法、化學還原法、催化還原法、光催化還原法、電化學還原法、生物降解法等等。其中催化還原作為一種新型的水處理方法，優點是去除效率高，不會產生廢水和濃縮廢物，不向水中投加化學物質，還原劑還能夠重復利用。催化還原已經被廣泛用于水質凈化的研究，包括催化還原水中硝酸鹽、六價鉻、鹵代有機物等等，是一種比較有前途的水處理技術。

但是，目前用于去除水中溴酸根離子的多相催化劑，甚至是所有用于水治理的加氫催化材料，基本上都是負載型納米貴金屬催化材料，尤其是Pd基催化劑。貴金屬價格昂貴，在地球上的儲量有限，十分不利于催化還原技術進一步推廣與應用，因此，有必要發展更多具有優異催化還原能力的非貴金屬催化材料來面對日益嚴重的致癌溴酸根離子污染問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈷基多相催化材料及其制備方法和應用，通過控制制備過程中的反應體系配比以及反應溫度，可獲得具有不同鈷離子價態、不同相組成的鈷基硫化物材料，該類鈷硫化合物具有加氫催化還原水中溴酸根的能力，可直接用于水中致癌溴酸根離子的還原凈化，解決了傳統貴金屬多相催化材料價格昂貴的缺陷。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鈷基多相催化材料，是由鈷和硫兩種元素組成的鈷的硫化物材料，優選為具有不同鈷元素價態和不同相組成的鈷的硫化物材料。所述鈷的硫化物材料為Co₉S₈、CoS、Co₃S₄和CoS₂中的一種或幾種混合。

該鈷基多相催化材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配制鈷鹽和硫脲的溶液，溶液中鈷離子濃度為0.05～0.2摩爾/升，硫脲的濃度為0.05～0.8摩爾/升；所述鈷鹽和硫脲的溶液使用的溶劑為水、甲醇、乙醇和乙二醇中的一種或幾種組成的混合溶劑；所述鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷或乙酸鈷。

(2)將步驟(1)中配置鈷鹽和硫脲的溶液在150～200℃條件下保溫反應6～20小時；

(3)將步驟(2)保溫反應后所得產物中的固態物料與溶液分離，使用足量的去離子水和無水乙醇清洗固態物料，清洗后將其在40～100℃條件下真空干燥，得到所述鈷基多相催化材料。

本發明制備方法中，通過控制反應體系中各組分配比以及反應溫度，能夠獲得具有不同鈷離子價態、不同相組成的硫化物材料(單一相或多相混合)。