[發(fā)明專利]磁性載鈷有序介孔碳材料的制備方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星廢水中的應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711177797.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN107890869A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 皮運(yùn)清;曹陽丹;高會(huì)芹;趙鵬;鄭立慶;馬靈甲;董淑英;孫劍輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/75
• 分類號(hào): B01J23/75;B01J37/10;B01J37/08;C02F1/72;C02F101/36;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)41139
• 代理人: 路寬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于介孔碳材料的合成及有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁性載鈷有序介孔碳材料的制備方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星廢水中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

左氧氟沙星是喹諾酮類藥物中的一種，其具有廣譜抗菌作用且抗菌作用強(qiáng)，對(duì)多數(shù)腸桿菌科細(xì)菌及革蘭陰性菌有較強(qiáng)的抗菌活性，作用持久。因此，左氧氟沙星在臨床上得到了廣泛應(yīng)用。由于其半衰期較長，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)并不能有效地去除這些藥物，故其對(duì)公共健康的潛在危害引起了廣泛的關(guān)注。

Oxone（2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄）是一種過一硫酸氫鉀復(fù)合鹽，它是一種自由流動(dòng)的白色粉末顆粒狀過氧化物，易溶解于水，由過硫酸氫鉀、硫酸氫鉀和硫酸鉀組成，其氧化功能來自于高酸化學(xué)性質(zhì)，是穩(wěn)定、方便具有廣泛用途的優(yōu)秀的酸性氧化劑和消毒劑。在催化劑的存在下其易于激發(fā)而產(chǎn)生大量的硫酸根自由基（SO₄^?-）。在Oxone/Co²⁺氧化體系中，過渡金屬Co²⁺能催化Oxone產(chǎn)生大量活潑的、氧化能力強(qiáng)且無選擇性的SO₄^?-自由基，將水體中的有機(jī)污染物質(zhì)徹底氧化為CO₂、H₂O和無機(jī)鹽。該技術(shù)因處理效率高，尤其在難生物降解污染物的去除中具有優(yōu)良的表現(xiàn)，使其一直成為人們關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

有序介孔材料是上世紀(jì)90年代迅速興起的新型納米結(jié)構(gòu)材料，是以表面活性劑形成的超分子結(jié)構(gòu)為模板，利用溶膠-凝膠工藝，通過有機(jī)物-無機(jī)物界面間的定向作用，組裝成孔徑在 2-30nm之間孔徑分布窄且有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材料。有序介孔材料作為催化劑用于環(huán)境污染物的處理是近年研究的熱點(diǎn)之一。例如介孔TiO₂比納米TiO₂（P25）具有更高的催化活性，因?yàn)榻榭捉Y(jié)構(gòu)的高比表面積提高了與有機(jī)分子接觸，增加了表面吸附的水和羥基，水和羥基可與催化劑表面光激發(fā)的空穴反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，而羥基自由基是降解有機(jī)物的強(qiáng)氧化劑，可以把許多難降解的有機(jī)物氧化為CO₂和水等無機(jī)物。

在Co²⁺/Oxone氧化體系中，Co²⁺（鈷離子）作為催化劑能夠促使SO₄^?-自由基的大量生成，從而保證氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行，但是，鈷屬于重金屬元素，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康具有潛在的危害作用。因此，為了避免Co²⁺的二次污染，在本發(fā)明中，制備出磁性載鈷有序介孔碳材料這種復(fù)合催化劑來對(duì)Co²⁺進(jìn)行利用和回收，符合綠色化學(xué)理念。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種制備步驟簡單且成本低廉的磁性載鈷有序介孔碳材料的制備方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星廢水中的應(yīng)用。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，磁性載鈷有序介孔碳材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將1.400g七水硫酸鈷溶于25.00mL去離子水中，再加入30.00mL摩爾濃度為0.33mol/L的氫氧化鈉溶液和4.0mL氨水溶液，然后將混合溶液置于不銹鋼高壓釜中于120℃處理12h，依次進(jìn)行離心洗滌和干燥后在空氣中于450℃加熱3h得到Co₃O₄固體；

（2）將0.02-0.05g Co₃O₄固體放入具塞錐形瓶中并加入30mL去離子水，超聲15min，再加入0.22g間苯二酚、0.12g三聚氰胺和0.32g甲醛，攪拌分散均勻得到溶液A，將0.36g F127（EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆，Pluronic F127）顆粒加入到30mL去離子水中，攪拌至完全溶解得到溶液B，然后將溶液B加入到溶液A中，混合后攪拌2h，將混合溶液置于水熱反應(yīng)釜中于130℃水熱反應(yīng)10h，冷卻到室溫，將產(chǎn)物靜置分離，并用去離子水和乙醇分別離心洗滌三遍，于60℃烘干，研磨，然后在無氧條件下以4℃/min的升溫速率升溫至700℃焙燒2h得到載鈷量為2.143wt%-5.358wt%的磁性載鈷有序介孔碳材料。