一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂及其制备方法和应用

本发明属于有机污染废水处理领域，具体涉及一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂。

背景技术：

1、染料分子通常为一些难降解、高毒性的芳香族或者杂环类化合物，以其为主的有机污染物的排放严重地污染了生态环境，诱发了人类癌症和其他疾病的产生。染料分子的结构稳定，不能轻易矿化，传统的物理、化学和生物法均很难将其完全降解。近些年，过硫酸盐高级氧化技术（persulfate-based advanced oxidation processes，ps-aops）作为一种高效可行的水处理技术，被广泛研究和用于不同类型水体中的新兴污染物（ecs）的去除。与传统aops不同，ps-aops技术可通过不同活化方式产生很多活性物种（rs），包括so4•−、•oh、1o2、超氧自由基（o2•−）和高价金属氧化物。由于存在的rs种类很多，ps-aops去除污染物的机理较为复杂，特别是对于不同rs去除污染物的重要性，目前尚存在诸多争议。

2、[1]论文“co3o4活化过一硫酸盐的性能提升及其在亚甲基蓝降解中的应用”（夏强，重庆理工大学，工程科技i辑，2023年第01期）公开了将强路易斯酸eu3+引入到催化材料co3o4中，以增强其活化pms（过一硫酸氢钾）处理mb（亚甲基蓝）溶液的性能，以草酸盐热解法按钴铕元素投加比9:1制得的催化材料(co9eu1)最具经济性与实用性，但该催化剂（co9eu1）在用量为0.10 g·l-1，pms浓度为0.6mmol·l-1，25℃的条件下，50min内对mb（初始浓度10mg/l）的降解率只能达到86.66%，其催化活化性能仍有待提高。

技术实现思路

1、为了提高上述铕掺杂四氧化三钴对过硫酸盐高级氧化的催化活性，本发明提供一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂，该催化剂对过硫酸盐高级氧化降解染料具有更高的催化活化性能，可使染料在更短的时间内达到更高的降解率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂，所述催化剂呈纳米花结构，所述纳米花的花瓣为铕掺杂的四氧化三钴多孔纳米片。

4、优选地，co和eu的摩尔投料比为5:1~25:1。

5、更优选地，co和eu的摩尔投料比为10:1。

6、优选地，所述催化剂的氧空位含量≥20%。

7、更优选地，所述催化剂的氧空位含量为20~25%。

8、优选地，所述催化剂的比表面积≥100 m2/g。

9、上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

10、（1）钴盐、铕盐和2-甲基咪唑在甲醇溶剂中通过溶剂热反应，生成前驱体；

11、（2）前驱体煅烧得到所述的催化剂。

12、先将钴盐和铕盐溶于甲醇，得到含铕钴盐溶液，然后将含铕钴盐溶液加入2-甲基咪唑的甲醇溶液，混均后转入反应釜，加热反应。

13、优选地，钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为1:2~2:1。

14、优选地，钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为3:4。

15、优选地，反应体系中钴盐的初始浓度为0.01~0.15mol/l，更优选地为0.06~0.1mol/l。

16、优选地，所述钴盐为硝酸钴，所述铕盐为硝酸铕。

17、优选地，步骤（1）的反应温度为120~140℃。

18、优选地，步骤（1）的反应时间为1~2h。

19、优选地，将钴盐和铕盐的甲醇溶液加入2-甲基咪唑的甲醇溶液中，混均后加热进行溶剂热反应。

20、优选地，步骤（2）的煅烧温度为300~400℃。

21、优选地，步骤（2）的煅烧时间为1~3h。

22、上述催化剂在催化活化过硫酸盐高级氧化降解染料中的应用。

23、优选地，所述染料包括罗丹明、亚甲基蓝、橙黄、孔雀石绿、结晶紫、刚果红。

24、优选地，所述过硫酸盐为过一硫酸盐。

25、优选地，催化剂的用量为50~200mg/l。

26、有益效果

27、本发明的铕掺杂四氧化三钴催化剂活化过硫酸盐高级氧化的效果显著优于现有的铕掺杂四氧化三钴，而且具有循环稳定性高，钴渗出量低的优点，抗环境干扰能力强，对不同染料具有普适性，可用于有机染料废水基于过硫酸盐高级氧化技术的降解处理。

技术特征：

1.一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂，其特征在于：所述催化剂呈纳米花结构，所述纳米花的花瓣为铕掺杂的四氧化三钴多孔纳米片。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：co和eu的摩尔投料比为5:1~25:1，优选地为10:1。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述催化剂的氧空位含量≥20%，优选地氧空位含量为20~25%，优选地，所述催化剂的比表面积≥100 m2/g。

4.权利要求1-3任一所述催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为1:2~2:1；优选地，钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比为3:4；优选地，反应体系中钴盐的初始浓度为0.01~0.15mol/l，更优选地钴盐的初始浓度为0.05~0.1 mol/l。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述钴盐为硝酸钴，所述铕盐为硝酸铕。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）的反应温度为120~140℃；优选地，反应时间为1~2h；优选地，将钴盐和铕盐的甲醇溶液加入2-甲基咪唑的甲醇溶液中，混匀后加热进行溶剂热反应。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）的煅烧温度为300~400℃，优选地，煅烧时间为1~3h。

9.权利要求1-3任一所述催化剂在催化活化过硫酸盐高级氧化降解染料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述染料包括罗丹明、亚甲基蓝、橙黄、孔雀石绿、结晶紫、刚果红；优选地，所述过硫酸盐为过一硫酸盐。

技术总结
本发明公开了一种用于活化过硫酸盐高级氧化的催化剂。所述催化剂呈纳米花结构，所述纳米花的花瓣为铕掺杂的四氧化三钴多孔纳米片。该催化剂活化过硫酸盐高级氧化的效果显著优于现有的铕掺杂四氧化三钴，而且具有循环稳定性高，钴渗出量低的优点，抗环境干扰能力强，对不同染料具有普适性，可用于有机染料废水基于过硫酸盐高级氧化技术的降解处理。

技术研发人员：赵仲丽,张露露,钱凤玉,赵丽
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23