[發明專利]一種Ti3C2-Co復合型過渡金屬催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811053361.7
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109046415A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 沈忱;許航;丁明梅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王艷

本發明公開了一種Ti₃C₂?Co復合型過渡金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟：將Ti₃C₂加入到水中，進行超聲，使其分散均勻得到溶液1；將含有Co（NO₃）₂·6 H₂O的溶液均勻緩慢的加入溶液1中得到溶液2；在25℃下將溶液2磁力攪拌3~5h后得到溶液3；將溶液3置于烘箱中，在90~110℃加熱11~13h，然后用去離子水洗滌多次；最后在70~90℃條件下干燥23~25h即得復合型過渡金屬催化劑。本發明還公開了該催化劑及其應用。本發明的Ti₃C₂?Co復合型過渡金屬催化劑催化降解有機污染物效果好，降解率高，且方法簡單，達到了高效治污的目的。

技術領域

本發明涉及無機催化劑制備的技術領域，具體涉及一種Ti₃C₂-Co復合型過渡金屬催化劑及其制備方法和應用，本發明制備的催化劑對于過一硫酸氫鹽氧化分解水中有機污染物具有很好的催化性能，并且擁有較好的重復性，適用于類Fenton反應。

背景技術

化學工業的發展日新月異，但所排放出的廢水大部分是成分復雜、濃度較高、難生物降解的物質，給生態環境和人類健康帶來了危害，而傳統的廢水處理方法對于這類物質的去除效果并不理想。近幾十年來，高級氧化技術(Advanced Oxidation Technologies,AOTs)因其降解有機污染物的高效性得到了國內外學者廣泛關注，它是利用反應過程中生成的強氧化性自由基(如：·OH、·OOH等)將有機污染降解成小分子物質，最后礦化成CO₂、H₂O和相應的無機離子。在各種高級氧化技術中，Fenton氧化法因其操作簡單、費用低廉、無須復雜設備且對環境友好等優點收到了較多的關注，并逐漸發展了光助Fenton、電Fenton、光電Fenton等Fenton體系。但是，Fenton氧化法也有其明顯的局限性，包括：(1)反應在pH值接近3的條件下才有較高活性；(2)反應過程由于鐵聚集和沉降將產生大量污泥；(3)需要消耗大量的化學試劑，尤其是昂貴的H₂O₂；(4)鐵催化效率低，催化緩慢，而且鐵鹽的用量很高，沒有起到真正的催化作用；(5)對一些有機物無法達到預期的降解效果，TOC去除率不超過60％。

為克服Fenton氧化法存在的諸多局限，近些年，許多學者研究了與Fenton氧化法類似的體系：“過渡金屬+過氧化物”，例如Ni(II)/過一硫酸氫鹽(peroxymonosulfate,PMS)體系、Ag(I)/PMS體系等。1956年，Ball和Edwards首次報道了鈷可以催化分解PMS產生具有強化型的自由基。知道2003，美國俄亥俄州立大學的Anipsitakis才首次將這種高級氧化技術應用在廢水處理領域。Oxone是提供活性成分物質PMS的商品名稱，別名：過一硫酸氫鹽，化學組成為：2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄，其標準氧化還原電位E⁰＝+1.82V(相對于標準氫電極，下同)，高于H₂O₂(E⁰＝+1.76V)，其具有性質穩定、易于處理、無毒和成本低廉等優點，是一種較強的氧化劑。PMS不同于其他氧化劑(如H₂O₂、K₂S₂O₈等)，它是一個取代HOOH的部隊哼過氧化物，其自身獨特結構使其本身很容易被激發和活化。研究表明，變價金屬離子M₂₊以及氧化物MO_X(其中x＝1，2，3，M代表Co、Mn、Cu、Ce和Fe等)都具有激活PMS產生活性的能力，與Fenton反應體系比較，其最大的優點是在較寬的pH范圍(3-10)都能保持較高的氧化活性，并且催化劑的用量很少，氧化去除有機物反應方程式可表示如下：