[發明專利]一種負載銅鈷雙金屬碳催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 202310362168.6
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116212877A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 劉秀明;王天寧;房子齊
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有高效催化過氧單硫酸逛街染料的銅鈷雙金屬碳催化劑，屬于催化材料領域，其對過氧單硫酸具有高催化效率，產生的強氧化性物質能有效分解工業產生的伴隨著大量廢水的染料，本發明可以減少有色廢水對水生生態系統和人類健康造成重大影響，所述銅鈷雙金屬碳催化劑對活性紫5染料的降解率在10min時可達95％，經過8次循環后的降解率仍可達到93％以上，催化效率高，穩定性良好，本發明為印染廢水處理提供了一種新思路。

技術領域

本發明涉及一種應用于廢水處理領域的催化材料，特別是涉及一種負載銅鈷雙金屬碳催化劑及制備方法。

背景技術

染料已經廣泛應用于各種行業，如紡織、制藥、造紙、塑料和油漆，在給我們的生活帶來便利的同時，也帶來了一些問題。工業產生伴隨著大量含染料的廢水，對水生生態系統和人類健康造成重大影響，因此必須在排放之前對染料廢水進行處理。高級氧化法(advanced?oxidation?processes，AOPs)是一種就地分解水中難降解有機污染物的有效方法，可通過氧化劑的分解產生高活性的羥基自由基(·OH，2.8V)，將大部分有機物氧化為小分子物質。過氧單硫酸(PMS)的活化可以通過多種途徑實現，包括UV、熱、堿和過渡金屬。

過渡金屬與碳材料的復合材料在過硫酸鹽活化體系中具有協同作用。王等人報道了CoOx摻雜有序介孔碳Co-OMC活化PMS降解苯酚的性能遠高于Co₃O₄、CoFe₂O₄和原始有序中孔碳(OMC)。Chen等人在不同溫度下對殼聚糖/尿素/NaHCO₃混合物下進行熱解處理，制備了殼聚糖的衍生氮摻雜分級多孔結構碳納米片(CNU)，在800℃下得到的CNU800在活化PMS降解磺胺甲惡唑(Sulfamethoxazole，SAM)方面表現出最佳能力，淬滅實驗和電子順磁共振共同揭示了在CNU800/PMS/SAM系統中非自由基氧化(₁O²)是活化PMS的主要途徑。李等報道了從經由雙配體合成的Co-MOFs合成N摻雜的碳包覆的Co?NPs，所述雙配體即4-硝基苯甲酸(4-Nba)和ris(4-(1H-1，2，4-三唑-1-基)苯胺，用于PMS活化以降解四環素。在Wu等人的研究中，對于PMS活化用于NaBH₄還原4-硝基苯酚，由鈷配位聚合物(CoDPA)衍生的磁性碳/鈷納米復合材料表現出比Co₃O₄高得多的催化活性。

本發明選用殼聚糖作為基底材料，合成了負載銅鈷雙金屬碳催化劑。殼聚糖單體中同時存在羥基和氨基，能夠通過螯合和配位作用與金屬離子結合，并且碳基底可以限制銅鈷金屬的聚集。與單金屬催化劑相比，雙金屬之間的相互作用使得催化劑具有更好的催化活性，從而提高印染環節中水資源的重復利用率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種負載銅鈷雙金屬碳催化劑，并用于催化過氧單硫酸(PMS)產生羥基自由基、硫酸根自由基和單線態氧等氧化性物質以降解水中染料，達到去除印染廢水中有色染料的目的，減少廢水排放帶來的環境污染，提高水資源回用率。

本發明提供的一種負載銅鈷雙金屬的催化劑，其特征在于，由天然多糖類高分子聚合物與銅鈷金屬鹽復合制備而成，所述天然多糖類高分子聚合物為殼聚糖、甲殼素中的一種，所述金屬鹽為硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、硝酸鈷中的兩種或兩種以上。負載雙金屬碳催化劑的SEM及TEM圖像顯示出材料的不規則多孔結構，銅、鈷金屬顆粒均勻負載于碳載體上，形狀與尺寸相對均勻，直徑在100nm左右。

本發明還提供了負載銅鈷雙金屬碳催化劑(CuCo-CTs)的制備方法，包括下述步驟：

(1)在攪拌狀態下，將固體多糖材料溶解于含有冰乙酸的水溶液中；將含有銅離子和鈷離子的金屬溶液緩慢滴加到多糖溶液中，持續攪拌30-120min，得到碳催化劑的前驅體溶液。