[发明专利]磁性载钴有序介孔碳材料的制备方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星废水中的应用

说明书

技术领域

本发明属于介孔碳材料的合成及有机废水处理技术领域，具体涉及一种磁性载钴有序介孔碳材料的制备方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星废水中的应用。

背景技术

左氧氟沙星是喹诺酮类药物中的一种，其具有广谱抗菌作用且抗菌作用强，对多数肠杆菌科细菌及革兰阴性菌有较强的抗菌活性，作用持久。因此，左氧氟沙星在临床上得到了广泛应用。由于其半衰期较长，传统的水处理技术并不能有效地去除这些药物，故其对公共健康的潜在危害引起了广泛的关注。

Oxone（2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄）是一种过一硫酸氢钾复合盐，它是一种自由流动的白色粉末颗粒状过氧化物，易溶解于水，由过硫酸氢钾、硫酸氢钾和硫酸钾组成，其氧化功能来自于高酸化学性质，是稳定、方便具有广泛用途的优秀的酸性氧化剂和消毒剂。在催化剂的存在下其易于激发而产生大量的硫酸根自由基（SO₄^•-）。在Oxone/Co²⁺氧化体系中，过渡金属Co²⁺能催化Oxone产生大量活泼的、氧化能力强且无选择性的SO₄^•-自由基，将水体中的有机污染物质彻底氧化为CO₂、H₂O和无机盐。该技术因处理效率高，尤其在难生物降解污染物的去除中具有优良的表现，使其一直成为人们关注的研究热点。

有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物-无机物界面间的定向作用，组装成孔径在 2-30nm之间孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。有序介孔材料作为催化剂用于环境污染物的处理是近年研究的热点之一。例如介孔TiO₂比纳米TiO₂（P25）具有更高的催化活性，因为介孔结构的高比表面积提高了与有机分子接触，增加了表面吸附的水和羟基，水和羟基可与催化剂表面光激发的空穴反应产生羟基自由基，而羟基自由基是降解有机物的强氧化剂，可以把许多难降解的有机物氧化为CO₂和水等无机物。

在Co²⁺/Oxone氧化体系中，Co²⁺（钴离子）作为催化剂能够促使SO₄^•-自由基的大量生成，从而保证氧化反应的顺利进行，但是，钴属于重金属元素，对生态环境和人类健康具有潜在的危害作用。因此，为了避免Co²⁺的二次污染，在本发明中，制备出磁性载钴有序介孔碳材料这种复合催化剂来对Co²⁺进行利用和回收，符合绿色化学理念。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种制备步骤简单且成本低廉的磁性载钴有序介孔碳材料的制备方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星废水中的应用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，磁性载钴有序介孔碳材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将1.400g七水硫酸钴溶于25.00mL去离子水中，再加入30.00mL摩尔浓度为0.33mol/L的氢氧化钠溶液和4.0mL氨水溶液，然后将混合溶液置于不锈钢高压釜中于120℃处理12h，依次进行离心洗涤和干燥后在空气中于450℃加热3h得到Co₃O₄固体；

（2）将0.02-0.05g Co₃O₄固体放入具塞锥形瓶中并加入30mL去离子水，超声15min，再加入0.22g间苯二酚、0.12g三聚氰胺和0.32g甲醛，搅拌分散均匀得到溶液A，将0.36g F127（EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆，Pluronic F127）颗粒加入到30mL去离子水中，搅拌至完全溶解得到溶液B，然后将溶液B加入到溶液A中，混合后搅拌2h，将混合溶液置于水热反应釜中于130℃水热反应10h，冷却到室温，将产物静置分离，并用去离子水和乙醇分别离心洗涤三遍，于60℃烘干，研磨，然后在无氧条件下以4℃/min的升温速率升温至700℃焙烧2h得到载钴量为2.143wt%-5.358wt%的磁性载钴有序介孔碳材料。