[发明专利]用于活化过硫酸盐的Co3

说明书

本发明的目的是为了解决处理硝基苯废水用负载型Co₃O₄催化剂存在的问题，提供了一种用于活化过硫酸盐的Co₃O₄/三维氮掺杂石墨烯水凝胶催化剂及其制备和使用方法，属于硝基苯废水处理技术领域。该催化剂催化活性高、使用寿命长、易分离回收，能够持久高效地对过硫酸盐产生活化作用。其制备方法以钴的硝酸盐为前躯体，天然石墨粉为主要原料，丙烯酰胺为氮源，采用水热法制得。该方法简单、便捷、高效，借助于丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺经一步反应同步实现了三维石墨烯的氮掺杂及粒径细小的Co₃O₄的形成和均匀负载，不仅可充分利用吡啶氮增强载体的催化协同作用，而且可强化Co₃O₄的催化作用，显著提高整体催化剂的催化性能。

技术领域

本发明属于硝基苯废水处理技术领域，具体涉及一种用于活化过硫酸盐深度处理硝基苯废水的非均相负载型催化剂Co₃O₄/三维氮掺杂石墨烯水凝胶及其制备和使用方法。

背景技术

硝基苯(NB)又名密斑油、苦杏仁油，是一种无色或杏黄色具有苦杏仁味的油状液体，常用于生产炸药、染料、香料等有机合成工业。硝基苯在水中具有很高的稳定性和生物毒性，对人体及动物有极大的危害，已被我国列为优先控制的环境污染物之一。硝基苯属于一种难降解的有机化合物，采用常用的废水处理方法，如吸附法和生物法等，均难以达到理想的去除效果，必须对其进行深度处理。

目前，常采用高级氧化技术对有机污染物进行深度处理。其中，SO₄^-·具有更高的氧化还原电位(2.6-3.1eV)，更长的半衰期(4s)，更有利于实现对带有吸电子基团的芳香族难降解有机化物的开环降解。加之对pH的适用范围较宽，这些特征使得基于硫酸自由基的过硫酸盐高级氧化技术在难降解有机污染物的去除方面拥有广阔的应用前景。

活化过硫酸盐产生SO₄^-·的方法主要有：热活化、紫外光活化和过渡金属离子活化等。其中，过渡金属离子活化由于具有操作方便、能耗低、投资少等优点，受到了广泛关注。所采用的过渡金属离子主要包括：Fe²⁺、Fe³⁺、Ag⁺、Co²⁺、Mn²⁺、 Ce²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等。其中Co²⁺是活化过硫酸盐最适宜的催化剂，均相Co/PS氧化体系可高效产生以SO₄^-·为主的活性物质。但存在的弊端是Co²⁺会随出水而流失，造成潜在的二次污染和生物毒性。为解决上述问题，研究者发现Co₃O₄具有催化作用，且由于其是由C_OO和Co₂O₃组成，两者发生了键联，在一定程度上可避免 Co²⁺的溶出，使得Co₃O₄具有较高的催化稳定性。但是，由于金属氧化物纳米颗粒具有较高的表面能，极易发生团聚，导致非负载型Co₃O₄催化稳定性较差。相比之下，负载型Co₃O₄催化剂则具有催化活性高、稳定性强、易回收利用等优点。因此，高效、稳定、负载型Co₃O₄催化剂的制备成为该领域的首要任务。