[發明專利]一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒及其制備方法

在審

• 申請號: 202010190334.5
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111359634A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 王穎;李風亭;徐斌成
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38;C02F103/34
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

本發明公開了一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒及其制備方法。將鈷離子鹽和鐵離子鹽溶解于乙醇中并加入硫脲，溶解后進行溶劑熱反應，將得到的固體產物用乙醇和水進行清洗后干燥，即得到鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒。鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒為催化劑、單過硫酸鹽為氧化劑，利用鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒活化過硫酸鹽產生的硫酸根自由基降解水中的有機污染物。本發明鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒表面過渡金屬鐵和鈷，通過價態變化催化單過硫酸鹽分解產生強氧化性的硫酸根自由基降解有機物，可以克服現有鈷鹽活化過硫酸鹽降解有機污染物使用pH范圍窄、去除效率低等缺點。此外，所述鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒作為過硫酸鹽活化劑還具有催化性能穩定、綠色環保等優點。

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒及其制備方法。

背景技術

高級氧化技術是利用強氧化性物質來降解有機物的技術，該技術對難降解有機物有非常好的去除效果，可以在非常短的反應時間內將其降解為小分子有機物甚至實現礦化。高級氧化技術具有高效快速、操作簡單、適用范圍廣等優點，廣泛應用于難降解有機廢水的處理。與傳統的基于羥基自由基的高級氧化技術，如芬頓法相比，基于硫酸根自由基的高級氧化技術因其具有更高的氧化活性、更大的pH適用范圍和更好的選擇性近年來受到越來越多的關注。安全、穩定、高效和經濟地產生硫酸根自由基是本領域學術界和工業界關注的焦點。

活化過硫酸鹽是一種重要的獲得硫酸根自由基的方法，例如過渡金屬可活化單過硫酸鹽產生硫酸根自由基。其中，過渡金屬離子鈷離子(Co²⁺)對單過硫酸鹽的活化效果最好，但Co²⁺對人體有害使其不適用于實際污水處理。含鈷的非均相催化劑同時具備高效活化單過硫酸鹽和避免Co²⁺二次污染特性，在污水處理領域有極大的實際應用前景。然而，含鈷的金屬氧化物的活化效率低，投放量大。

發明內容

本發明為了解決現有技術中傳統非均相活化劑在活化單過硫酸鹽降解水中有機污染物過程中投加量大、反應速率慢的問題，提出一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒及其制備方法，以實現該納米顆粒在活化單過硫酸鹽降解水中氯霉素時，投加量少、pH適應范圍寬、降解速率快的效果。

本發明提供的一個技術方案是一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒的制備方法，一種鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒的制備方法，包括下列步驟：

步驟1：將鈷離子鹽和鐵離子鹽溶解于乙醇中，所述鈷離子鹽與鐵離子鹽的摩爾比為0.9～0.1:0.1～0.9，所述鈷離子鹽與乙醇的用量比為1mmol:30～70mL；

步驟2：向步驟1所得溶液中加入硫脲，劇烈攪拌至硫脲完全溶解，所述鈷離子鹽與硫脲的摩爾比為1:5～10；

步驟3：將步驟2所得溶液在150～200℃高溫下進行溶劑熱反應，反應54～90h后離心取出固體產物；

步驟4：將步驟3中所得固體產物依次用乙醇和超純水洗滌數次，最后干燥12～24h，得到鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒。

優選地，所述鈷離子鹽為硝酸鈷、硫酸鈷或醋酸鈷中的一種。

優選地，所述鐵離子鹽為硝酸鐵、硫酸鐵或醋酸鐵中的一種。

作為本發明的第二個方面，還提供一種根據上述任一項制備方法得到的鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒，可應用于活化單過硫酸鹽降解水中有機污染物。

其中，鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒應用于活化單過硫酸鹽降解水中有機污染物，包括以下步驟：

步驟1：用稀鹽酸和稀氫氧化鈉溶液調節含有機污染物的污水pH為5.0～9.0，加入單過硫酸鹽作為氧化劑，攪拌20～60min；

步驟2：向步驟2中加入鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒作為活化劑，在攪拌條件下，鐵摻雜二硫化鈷納米顆粒活化單過硫酸鹽產生的硫酸根自由基降解水中的有機污染物。