[發明專利]一種基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110383983.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113083369B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 唐旺旺;胡童;湯琳;張景景;馮浩朋
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J35/10;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑及其制備方法和應用，該催化劑的制備方法包括：將鐵與鈷的摩爾比為大于0.5且小于3.0的鈷摻雜的鐵基金屬有機骨架材料進行碳化，所得產物與酸混合，去除產物表面金屬氧化物，得到本發明催化劑。與常規催化劑相比，本發明制備的電芬頓催化劑有更高的催化活性、更好的穩定性，且更加綠色環保，是一種性能優異、應用前景好的新型非均相電芬頓催化劑，可廣泛用于去除水體中的抗生素，使用價值高，應用前景好；同時，本發明制備方法還具有工藝簡單、操作方便、耗能低、不產生有毒有害物質、環境友好等優點，適合于大規模制備，有利于工業化應用。

技術領域

本發明領域屬于催化材料技術領域，涉及一種電芬頓催化劑的制備及其應用，具體涉及一種基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

目前，抗生素(如四環素)被廣泛應用于人類治療、動物疾病控制以及農業飼料添加劑等領域。然而，超過75％的抗生素會以活性形式通過人和動物的尿液和糞便進入到自然環境中，對公眾健康和生態系統構成了嚴重威脅。因此，急需找到一種合適的方法以有效去除環境中的抗生素。

對于抗生素廢水而言，常用處理方法有吸附、生物降解以及高級氧化。電芬頓法由于其能產生具有強氧化性自由基羥基自由基，同時原位產生過氧化氫、操作簡便等優點，被認為是一種降解水環境中抗生素十分有效的方法。然而，對于傳統的均相電芬頓，不僅需要使溶液的pH保持在強酸性條件下(pH＝3.0)，而且二價鐵離子的投加還會導致鐵泥的大量產生造成二次污染等弊端。為了克服這些缺點，采用了pH適用范圍廣、穩定性好的非均相電芬頓催化劑來取代均相電芬頓催化劑。常用的非均相催化劑主要是鐵氧化物以及其他過渡金屬氧化物，但這些催化劑仍然存在催化效果不佳和循環性能差等缺點，這極大的限制了電芬頓催化劑的廣泛應用。另外，研究人員提出了一種以鐵摻雜的鈷基金屬有機骨架為原料制備的鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑，該鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑主要是作為燃料電池和金屬空氣電池中的催化劑，用于實現氧氣的還原反應，然而，該鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑中鐵基和鈷基金屬顆粒均勻分散在多孔碳網絡上，但鐵基和鈷基金屬顆粒并不能牢固的固定或封裝在多孔碳中，因而該鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑用于處理水相中的污染物時，催化劑中的鐵基和鈷基金屬容易從多孔碳上脫落、分離，甚至會導致失效，同時，若將其作為非均相電芬頓催化劑用于進行電芬頓催化反應時，多孔碳表面的鐵基和鈷基容易轉化成相應的金屬離子，因而會出現大量的金屬離子浸出并進入出水液相中，最終造成出水的二次污染；特別的，該制備方法，要求鐵摻雜的鈷基金屬有機骨架中鐵鈷的摩爾比小于0.5，若超過0.5，則制備出來的骨架材料則會坍塌，與此同時，若鐵鈷的摩爾比小于0.5，不利于提高催化劑中鐵的含量，難以有效提高催化活性，因而難以提高電芬頓降解抗生素的效率?；谏鲜鲈?，現有鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑作為非均相電芬頓催化劑用于處理抗生素廢水時，仍然不能實現對廢水中抗生素的有效去除，因而現有鐵、鈷、氮共摻雜炭催化劑并不能作為非均相電芬頓催化劑以實現對抗生素廢水的有效處理。因此，急需獲得一種催化活性好、穩定性好、環境友好的非均相電芬頓催化劑，這對于利用電芬頓技術有效去除水體中的抗生素具有十分重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種催化活性好、穩定性好、無二次污染的基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鈷摻雜的鐵基金屬有機骨架材料進行碳化；所述鈷摻雜的鐵基金屬有機骨架材料中鐵與鈷的摩爾比為：大于0.5且小于3.0；

S2、將步驟S1中經碳化后得到的產物與酸溶液混合，震蕩，去除產物表面的金屬氧化物，得到基于鐵基金屬有機骨架衍生的電芬頓催化劑。

上述的制備方法，進一步改進的，步驟S1中，所述鈷摻雜的鐵基金屬有機骨架材料中鐵與鈷的摩爾比為1.0～2.5。