[發明專利]一種活化過硫酸鹽磁性固相催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910326352.9
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109999818B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 胡春;呂來;張宏祥;展思輝
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J37/08;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;宋靜娜

本發明提供了一種活化過硫酸鹽磁性固相催化劑及其制備方法和應用，本發明方法以檸檬酸作為螯合劑，醋酸鋅、醋酸鈷、硝酸鐵分別作為鋅源、鈷源和鐵源，通過溶膠燃燒法合成目標催化劑。本發明方法以醋酸鹽作為鋅源、鈷源和鐵源的優勢是其金屬陽離子及配位基團更易與檸檬酸進行特殊形式橋聯和絡合團聚，有助于晶型和晶體大小生長控制，且溶膠的形成不需要乙二醇等有機溶劑作為增稠劑，方法更簡單經濟。本發明的催化劑對有機污染物的降解效率和降解速率高，性能穩定，重復利用效果好，是一種具有磁性的固體催化劑，便于從水中分離。

技術領域

本發明涉及催化劑制備與應用技術領域，具體涉及一種活化過硫酸鹽磁性固相催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，人類活動向環境中排放了大量的難降解有機污染物，如醫藥化合物、農藥、表面活性劑和染料等，不僅會導致水資源危機，還直接威脅著人體健康。傳統的物理化學和生物處理技術往往無法有效去除這些持久性污染物。

基于活化過硫酸鹽產生硫酸根自由基(SO₄^-·)的高級氧化技術(SR-AOPs)是近年來發展起來的處理難降解有機污染物的新技術，尤其在有機污染物污染的地下水和土壤修復上的成功，使其的到廣泛關注和研究。SR-AOPs技術具有氧化劑穩定性和溶解性好，較寬的pH適用范圍，氧化能力強等優點。SO₄^-·在水中的存在壽命長，能極大提高SO₄^-·與有機污染物接觸機會，利于有機污染物的降解與礦化。

目前活化過硫酸鹽的方法包括熱處理、紫外輻射、微波處理和過渡金屬離子催化活化等方法。其中前面三種技術需要外加能量，而且其設備系統復雜，成本高昂。過渡金屬離子催化活化法反應條件溫和、操作簡單，但是引入的金屬離子在反應結束后需要進一步去除處理，既增加了工藝運營成本，也增加了出水的毒性風險。多相活化過硫酸鹽技術的發展克服了均相技術的一些關鍵問題，比如不再向水體引入自由金屬離子，實現了催化劑和活性組分分離。但目前所開發的固體催化劑在水中受接觸面積限制以及受反應體系電子遷移和循環速率影響，其催化效率大多比較低下且具有一定的選擇性，難以滿足實際需求。納米催化劑可增大比表面積和活性位的暴露度，提升催化活性，但是難以實現固液分離。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種活化過硫酸鹽磁性固相催化劑及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種活化過硫酸鹽磁性固相催化劑的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將醋酸鋅、醋酸鈷、硝酸鐵溶解于硝酸溶液中混勻，得到混合溶液A，所述醋酸鋅、醋酸鈷、硝酸鐵的用量為：Zn、Co、Fe元素的摩爾數量比為1：2-x：x，其中0﹤x﹤2；

(2)向混合溶液A中加入檸檬酸，在60-100℃下攪拌加熱至溶液呈棕褐色溶膠，其中，所述檸檬酸與Zn元素的摩爾數量比為(2-9):1；

(3)將所述棕褐色溶膠在空氣中加熱至100-220℃，保持6-15小時，得到固體物質；

(4)將步驟(3)得到的固體物質研磨后在400-1000℃焙燒，保持2-20小時；

(5)將焙燒后的固體自然冷卻，先后用無機酸和水洗滌后干燥。

本發明方法以檸檬酸作為螯合劑，醋酸鋅(Zn(CH₃COO)₂)、醋酸鈷(Co(CH₃COO)₂)、硝酸鐵(Fe(NO₃)₃)分別作為鋅源、鈷源和鐵源，通過溶膠燃燒法合成目標催化劑。本發明方法以醋酸鹽作為鋅源、鈷源和鐵源的優勢是其金屬陽離子及配位基團更易與檸檬酸進行特殊形式橋聯和絡合團聚，有助于晶型和晶體大小生長控制。另外，本發明中溶膠的形成不需要乙二醇等有機溶劑作為增稠劑，方法更簡單經濟。