[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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本發明公開了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，采用多孔限定的鈷化磷催化劑活化過硫酸鹽對抗生素廢水進行處理，其中多孔碳限定的鈷化磷催化劑包括多孔碳基質和鈷化磷納米顆粒。本發明中，通過調節多孔碳限定的鈷化磷催化劑的活性提高過硫酸鹽活化效率，從而對多種類的抗生素廢水進行降解，該工藝具有操作簡單、無副產物生成、反應速率快、降解效果好、經濟環保等優點，并且在復雜水質中能夠實現抗生素的快速降解，對含有高濃度鹽分廢水和復雜實際水體中的抗生素能實現完全去除，同時催化劑體現出優異的抗脅迫性能，在工業廢水和實際應用上有很好前景。

技術領域

本發明屬于水處理領域，具體涉及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。

背景技術

隨著各類抗生素的生產量和使用量日益增加，產生了大量的抗生素廢水，自然水體中抗生素含量也相應增加，從而帶來嚴重的環境和健康風險。以磺胺甲惡唑制藥廢水為例，其污染物濃度高，COD值可達到幾萬或幾十萬毫克每升，同時廢水中還存在大量鹽類物質，因此極大抑制了傳統生物處理方法。近年來，基于過硫酸鹽的高級氧化工藝在處理高濃度有機廢水展現很好的實用性能，相較于傳統Fenton工藝中產生的羥基自由基氧化能力有限及大量鐵泥產生等缺點，基于過硫酸鹽的高級氧化工藝能實現對廢水有機物高效去除同時也無其它產物生成。但是，過硫酸鹽工藝主要受限于其活化效率，傳統的超聲、加熱、紫外照射無法促進其高度活化，而過渡金屬催化劑能夠實現對過硫酸高效活化，但其易浸出對水生環境會帶來危害，因此構建高效穩定的過渡金屬催化劑是活化過硫酸鹽技術關鍵所在。

同時，經過磷化后形成的過渡金屬磷化物能進一步提高催化性能。近年來，鈷化磷備受關注由于其高催化性能，但受限于金屬離子的浸出和廢水各成分等影響，使其難以應用于實際。因此，合成穩定的、能夠在高鹽條件和高有機物條件下保持良好的催化性能的鈷化磷是提高其應用的必要措施。

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，提供綠色環保、處理效率高、去除效果好、耐高鹽的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。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

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中的應用方法，以原位摻雜沸石咪唑酯骨架前體，在高溫煅燒

下進行碳化，隨后進行低溫氧化，最后在低溫條件下進行磷的摻雜，從而形成碳化-氧化 -磷化的流程化模式，上述方法包括以下步驟：

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基質限定的鈷化磷催化劑。

上述的方法，進一步改進的，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；