[發明專利]一種鈷化磷基催化劑的制備及其在活化過硫酸鹽降解廢水中抗生素的應用

在審

• 申請號: 202210183806.3
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114570368A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 楊春平;傅鑫濤;吳少華;林燕;王岳;李翔;鄔鑫;鄒俊聰
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J27/24;B01J37/06;B01J37/08;B01J37/28;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38;C02F101/30
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1.一種鈷化磷基催化劑的制備及其在活化過硫酸鹽降解廢水中抗生素的應用，其特征在于通過調控磷含量來控制活性的多孔碳限定的鈷化磷催化劑對廢水中抗生素進行氧化處理，所述多孔碳限定的鈷化磷催化劑包括石墨化碳基質，所述石墨化碳基質內包裹著鈷化磷納米顆粒。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于石墨化碳基質內包裹著鈷化磷納米顆粒中CoP的含量為2％～8％，所述石墨化碳基質內包裹著鈷化磷納米顆粒中磷原子百分含量為2％～20％。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述通過調控磷含量來控制活性的多孔碳限定的鈷化磷催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、通過一次煅燒、二次煅燒和酸洗，合成穩定四氧化三鈷和碳材料復合前體。

S2、通過不同量的磷源摻雜，在低溫條件下合成多孔碳限定的鈷化磷催化劑。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述方法鈷和碳材料復合前體包括以下步驟：

(1)將2.87克硝酸鈷溶解在80～100ml甲醇溶液中，稱為1溶液。將6.52g 2-甲基咪唑溶于200～220ml毫升甲醇溶液中，稱為2溶液。然后將1溶液快速倒入2溶液中，在室溫20℃～30℃下劇烈攪拌。12～14h后，高速離心收集紫色產物，并將紫色產物用超純和甲醇洗滌三次以上，放入真空干燥箱中，在60℃～80℃下烘干8～10h，得到塊狀紫色產物。

(2)將步驟(1)中的塊狀紫色產物碾磨成粉末狀，隨后將其放置于管式爐中，在氬氣氣氛下進行一次煅燒，獲得黑色粉末產物。所述氬氣氣氛為含有氬氣和空氣的混合氣氛；所述氬氣氣氛中氬氣的體積分數為5％；所述一次煅燒過程中的升溫速率為2℃/min～5℃/min；所述煅燒的溫度為800℃～1000℃；所述煅燒的時間為3～5h；

(3)用0.5mol/L將步驟(2)中黑色粉末產物進行洗滌以去除材料表面不穩定的鈷,然后將其進行多次洗滌直至溶液呈中性，隨后放入真空干燥箱中，在60℃～80℃下烘干12～16h。所述酸洗過程中硫酸和黑色粉末產物比例為100ml:1g；所述酸洗過程中溫度為70℃～80℃；所述酸洗時間為12～14h；

(4)將步驟(3)的產物置于管式爐中，在空氣氣氛中進行二次煅燒，得到碳材料包裹四氧化三鈷納米顆粒，稱為Co₃O₄/NC。所述二次煅燒過程中的升溫速率為2℃/min～5℃/min；所述煅燒的溫度為350℃～400℃；所述煅燒的時間為4～6h；

上述的方法，進一步改進的，步驟S2中，所述方法合成碳基質限定的鈷化磷催化劑包括：將磷源放置在石英舟的上游，則Co₃O₄/NC放置于石英舟下游，隨后將石英舟放置于管式爐中，在氬氣氣氛下進行反應，獲得CoP/NC.所述Co₃O₄/NC和次亞磷酸鈉質量比為1:1-100；所述磷源為一水次亞磷酸鈉及能其它能產生氣態磷化氫的藥品；所述氬氣氣氛為含有氬氣和空氣的混合氣氛；所述氬氣氣氛中氬氣的體積分數為5％；所述反應過程中的升溫速率為2℃/min～5℃/min；所述反應的溫度為300℃～350℃；所述反應的時間為2～4h。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述四氧化三鈷和碳材料復合前體為Co₃O₄/NC，所述多孔碳限定的鈷化磷催化劑為CoP/NC；所述Co₃O₄/NC比表面積為400～500m²·g^-1，孔徑為2～4nm，粒徑為200～270nm；所述CoP/NC比表面積為190～250m²·g^-1，孔徑為2.5～5nm，粒徑為210～280nm。

6.根據權利要求1～5中任一項所述一種鈷化磷基催化劑的制備及其在活化過硫酸鹽降解廢水中抗生素的應用，其特征在于，采用多孔碳限定的鈷化磷催化劑對廢水中抗生素進行氧化處理，包括以下步驟：將多孔碳限定的鈷化磷催化劑與抗生素廢水混合，加入過硫酸鹽進行催化氧化反應，從而降解廢水中的抗生素。