[發(fā)明專利]碳載多金屬氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111507139.1
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114177911B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何陽卓;曾光明;許飄;王晗;王紫薇;秦紅;趙寅;田瞿陽;曾穎;李毅成
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J35/08;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發(fā)明公開了一種碳載多金屬氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該碳載多金屬氧化物催化劑包括CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;和ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;，CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;包裹于ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;表面形成具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物，其表面包裹有碳。其制備方法包括：將ZIF?8、可溶解性銅鹽和鈷鹽、2?甲基咪唑和有機溶劑制成催化劑前體，煅燒，得到碳載多金屬氧化物催化劑。本發(fā)明碳載多金屬氧化物催化劑，具有比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、催化活性優(yōu)異、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可作為過硫酸鹽的活化劑廣泛用于處理水體中有機污染物，且能夠?qū)崿F(xiàn)有機污染物的有效降解，使用價值高，應(yīng)用前景好；其制備方法所需設(shè)備簡單、操作方便、能量消耗低，適合于大規(guī)模制備，有利于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備及PMS活化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳載多金屬氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展和化石燃料的大量消耗，環(huán)境污染及能源危機日益凸顯，嚴重威脅著人類的生存發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。酚類和抗生素類污染物是目前廢水和天然水體中普遍存在的污染物。由于其潛在的風險和難以被自然降解的性質(zhì)，即使在低濃度下，它們也對自然環(huán)境和人類健康造成了嚴重影響。因此，找到有效處理技術(shù)去除這些水中有機污染物引起了全世界的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的污水處理方法很難分解這些有機污染物，反而消耗了更多的能源，浪費了有機資源。開發(fā)有效的處理技術(shù)是非常緊迫和具有挑戰(zhàn)性的。高級氧化法(Advanced?oxidation?process,AOPs)是目前公認的最有前途的降解有機污染物的方法之一。其中，基于硫酸根(SO₄^·-)的高級氧化工藝(SR-AOP)是一種強大的技術(shù)，該技術(shù)通過生成高度活性的SO₄^·-來完全分解難降解污染物。迄今為止，過渡金屬離子特別是二價鈷離子(Co²⁺)已被證明是過硫酸鹽(如過硫酸氫鉀，化學(xué)式為2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄，即PMS)的最佳激活劑，但均相反應(yīng)存在一些不足之處，如產(chǎn)生二次污染、催化劑與水溶液分離困難等。因此，有必要開發(fā)高效的多相鈷基催化劑。

金屬有機骨架材料(Metal-organic?frameworks,MOFs)是一類具有可定制功能的新型雜化材料，由于其潛在的應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注。已有研究者提出，以MOFs可以作為前驅(qū)體，通過熱解衍生各種功能材料，然而，已報道的大多數(shù)MOF衍生催化劑都是由單一MOF晶體合成的，結(jié)構(gòu)相對簡單，如單組份的多孔或空心結(jié)構(gòu)，將它們作為過硫酸鹽活化劑時，仍然存在催化活性不足的缺陷。另外，MOF材料在煅燒過程中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌的現(xiàn)象，造成表面積減小，孔結(jié)構(gòu)破壞，這極大地限制了MOF衍生納米材料的廣泛應(yīng)用。

因此，獲得一種比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、催化活性優(yōu)異的碳載多金屬氧化物催化劑以及與之配套的工藝簡單、能耗低、成本低的碳載多金屬氧化物催化劑的制備方法，對于有效活化過硫酸鹽并實現(xiàn)對有機污染物的有效處理具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、催化活性優(yōu)異的碳載多金屬氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種碳載多金屬氧化物催化劑，所述碳載多金屬氧化物催化劑包括CuCo₂O₄和ZnCo₂O₄，所述CuCo₂O₄包裹于ZnCo₂O₄表面形成具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物；所述復(fù)合氧化物表面包裹有碳。