[發明專利]一種以泡沫鎳為基底的鈷錳復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202310028626.2
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN115869964A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 程修文;宋利先;雷春妮;王波;曹東冉;宋潔;王新潮;茍劍鋒
• 申請（專利權）人: 蘭州大學;蘭州海關技術中心
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J23/00;B01J37/10;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 王巧麗

本發明公開了一種以泡沫鎳為基底的鈷錳復合材料及其制備方法與應用。本發明通過將鈷鹽、錳鹽、氟化銨、十六烷基三甲基溴化銨混勻在去離子水中，得到前驅體溶液，往前驅體溶液中加入預處理的泡沫鎳，在PPL內襯反應器中，以180℃溫度進行水熱反應8小時，得到生長有前驅物的泡沫鎳；再將生長有前驅物的泡沫鎳用去離子水洗后，置于馬弗爐中，在400℃下退火2小時，得到以泡沫鎳為基底的鈷錳復合材料Mn₂O₃/MnCo₂O₄@NF。本發明復合材料可實現LEVO的91.8％的去除率，在7次循環反應后仍對LEVO有較好的去除效果，并且很好的解決了粉末催化劑的回收利用與離子溶出問題，該材料制備方法簡單易行，適合大規模生產，有廣闊得應用前景和價值。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，尤其涉及一種以泡沫鎳為基底的鈷錳復合材料(Mn₂O₃/MnCo₂O₄@NF復合材料)及其制備方法與在抗生素廢水處理中的應用。

背景技術

新興污染物并非是指新的化學品，而是在環境中存在了很久，但它們的存在和重要性直到現在才被發現的一類污染物。關于新興污染物(EPs)的環境危害的討論是由Rachel Carson在1962年首次提出的。近年來，由于越來越多的新興污染物進入環境，并造成已知或未知的生態毒性同時對人類健康也產生了危害，EPs受到越來越多的關注。其中醫藥污染物(PPs)作為最常見的EPs，被廣泛使用在治療疾病方面，但僅有少量的PPs被生命體吸收,其余的PPs以殘留物和代謝產物的形式最終以糞便和尿液的形式被排出體外，目前針對于排出的PPs的處理技術是通過污水廠處理，但是由于其結構穩定不易分解，最終仍會有部分PPs出現在環境中。

針對于水體中LEVO的去除技術主要有物理法、化學法、生物降解法等。其中，基于硫酸根自由基的過硫酸鹽高級氧化技術相較于其他處理技術具有氧化能力強，半衰期長，PH范圍更加寬泛的特性，可將抗生素降解成低毒或無毒的物質。過一硫酸鹽(PMS)相較于過二硫酸鹽(PDS)具有更易被激活，在去除LEVO方面被廣泛使用，在活化PMS去除LEVO的催化劑中，過渡金屬氧化物因其成本低、操作簡便而受到人們的廣泛關注。過渡金屬如銀、銅、鐵、鋅、鈷和錳的單電子轉移可用于激活過硫酸鹽并產生硫酸根自由基。在這些過渡金屬中，鈷被認為是激活過硫酸鹽的最佳金屬催化劑。然而，由于鈷納米顆粒容易結塊、浸出金屬、可回收性差、價格昂貴且易造成二次污染，因此鈷在活化過硫酸鹽中的發展受到限制。鈷/錳基氧化物的制備可以大大緩解上述問題，錳的價格比鈷低20倍，在自然界中更豐富，而且更環保，電子和能量可以很容易地在錳的不同價態之間轉移。但與所有納米顆粒一樣，它們在激活PMS方面受到團聚問題和二次回收困難的限制，同時過量金屬離子的溶出也會對人體產生極大的危害。

泡沫鎳(NF)具有突出的優點，如三維(3D)網狀結構，價格低廉，高比表面積和體積，以及豐富的可用電活性位點，它在鋰離子電池、儲能和催化等應用中引起了廣泛的關注；然而，泡沫鎳(NF)在激活PMS去除抗生素方面很少被使用。因此，針對目前存在的催化劑活化效果不高，容易出現團聚、離子溶出高以及回收性能差等問題，若能將泡沫鎳與鈷/錳基氧化物復合起來，是否可得到更高效、安全、環保的催化劑來活化PMS以降解去除水中的抗生素。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種以泡沫鎳為基底的鈷錳復合材料(Mn₂O₃/MnCo₂O₄@NF復合材料)。

本發明的再一目的在于提供上述Mn₂O₃/MnCo₂O₄@NF復合材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述Mn₂O₃/MnCo₂O₄@NF復合材料在抗生素廢水處理中的應用，旨在解決上述背景技術中現有技術所存在的各種不足。