[发明专利]一种可高效活化过硫酸盐的石墨烯基中空硫化钴纳米晶及其制备方法

说明书

本发明属于环境催化剂合成领域，一种可高效活化过硫酸盐的石墨烯基中空硫化钴纳米晶及其制备方法，首先在氧化石墨烯表面以沉淀法生长沸石型咪唑酯框架67；然后以咪唑酯框架67为自模版、硫代乙酰胺为硫源，通过溶剂热反应制备中空结构四硫化三钴；最后在惰性气氛中煅烧，通过脱硫反应将四氧化三钴转化为中空硫化钴，同时将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而制得石墨烯基中空硫化钴纳米晶；本发明制备的中空硫化钴纳米晶具有催化活性高、自由基产量大、回收利用简单等优点，可强化常规氧化法，显著缩减反应时间，且大幅降低催化剂、氧化剂用量，具有显著的技术经济优势。

技术领域

本发明属于环境催化剂合成领域，一种可高效活化过硫酸盐的石墨烯基中空硫化钴纳米晶及其制备方法。

背景技术

工业、生活和医药等有机废水的无节制排放引发了越发严重的水污染。对于高毒性和持久性有机物，传统吸附、膜处理等物化方法只可转移但难以削减其毒性，生化方法中微生物对高毒有机物耐受性不强，处理效果不佳。高级氧化技术可降解甚至矿化有机物，能显著降低其毒性并提升可生物降解性，可置于水处理工艺前端或末端实现对有机污染物的高效去除。

基于羟基自由基和基于硫酸根自由基的氧化技术是两类重要的高级氧化技术。相对于羟基自由基，硫酸根自由基因具有氧化还原电位更高(2.5-3.1V vs 1.8-2.7V)、pH适用范围更广、半衰期更长(t_1/2＝30-40μs vs 10-3μs)等内在优势而成为研究热点。硫酸根自由基可由过硫酸盐通过均相或非均相催化产生，其中均相催化过程催化剂用量大，易造成二次污染且催化剂难以回用，而非均相催化利用固体催化剂的表面活性位点活化过硫酸盐，可有效规避以上难题。目前，提高非均相催化效率的研究主要集中在两点，即通过施加外部能量增强或优化催化剂结构设计提升其内在催化活性。如中国专利号为201610174029.0，申请公开日为2016年3月24日的专利申请文件公开了一种电化学协同Ni-Fe-LDH/rGO催化剂活化过硫酸盐处理有机废水的方法；中国专利号为201510234345.8，申请公开日为2015年5月11日的专利申请文件公开了一种光助多孔铋酸铜活化过硫酸盐水处理高级氧化技术的构筑与应用方法，上述两份对比文件分别通过施加电、光等外部能量形式来增强催化效果，但该类方法能耗高，所需装置复杂，难以大规模推广。