[发明专利]一种活化过硫酸盐磁性固相催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种活化过硫酸盐磁性固相催化剂及其制备方法和应用，本发明方法以柠檬酸作为螯合剂，醋酸锌、醋酸钴、硝酸铁分别作为锌源、钴源和铁源，通过溶胶燃烧法合成目标催化剂。本发明方法以醋酸盐作为锌源、钴源和铁源的优势是其金属阳离子及配位基团更易与柠檬酸进行特殊形式桥联和络合团聚，有助于晶型和晶体大小生长控制，且溶胶的形成不需要乙二醇等有机溶剂作为增稠剂，方法更简单经济。本发明的催化剂对有机污染物的降解效率和降解速率高，性能稳定，重复利用效果好，是一种具有磁性的固体催化剂，便于从水中分离。

技术领域

本发明涉及催化剂制备与应用技术领域，具体涉及一种活化过硫酸盐磁性固相催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，人类活动向环境中排放了大量的难降解有机污染物，如医药化合物、农药、表面活性剂和染料等，不仅会导致水资源危机，还直接威胁着人体健康。传统的物理化学和生物处理技术往往无法有效去除这些持久性污染物。

基于活化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO₄^-·)的高级氧化技术(SR-AOPs)是近年来发展起来的处理难降解有机污染物的新技术，尤其在有机污染物污染的地下水和土壤修复上的成功，使其的到广泛关注和研究。SR-AOPs技术具有氧化剂稳定性和溶解性好，较宽的pH适用范围，氧化能力强等优点。SO₄^-·在水中的存在寿命长，能极大提高SO₄^-·与有机污染物接触机会，利于有机污染物的降解与矿化。

目前活化过硫酸盐的方法包括热处理、紫外辐射、微波处理和过渡金属离子催化活化等方法。其中前面三种技术需要外加能量，而且其设备系统复杂，成本高昂。过渡金属离子催化活化法反应条件温和、操作简单，但是引入的金属离子在反应结束后需要进一步去除处理，既增加了工艺运营成本，也增加了出水的毒性风险。多相活化过硫酸盐技术的发展克服了均相技术的一些关键问题，比如不再向水体引入自由金属离子，实现了催化剂和活性组分分离。但目前所开发的固体催化剂在水中受接触面积限制以及受反应体系电子迁移和循环速率影响，其催化效率大多比较低下且具有一定的选择性，难以满足实际需求。纳米催化剂可增大比表面积和活性位的暴露度，提升催化活性，但是难以实现固液分离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种活化过硫酸盐磁性固相催化剂及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种活化过硫酸盐磁性固相催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将醋酸锌、醋酸钴、硝酸铁溶解于硝酸溶液中混匀，得到混合溶液A，所述醋酸锌、醋酸钴、硝酸铁的用量为：Zn、Co、Fe元素的摩尔数量比为1：2-x：x，其中0﹤x﹤2；

(2)向混合溶液A中加入柠檬酸，在60-100℃下搅拌加热至溶液呈棕褐色溶胶，其中，所述柠檬酸与Zn元素的摩尔数量比为(2-9):1；

(3)将所述棕褐色溶胶在空气中加热至100-220℃，保持6-15小时，得到固体物质；

(4)将步骤(3)得到的固体物质研磨后在400-1000℃焙烧，保持2-20小时；

(5)将焙烧后的固体自然冷却，先后用无机酸和水洗涤后干燥。

本发明方法以柠檬酸作为螯合剂，醋酸锌(Zn(CH₃COO)₂)、醋酸钴(Co(CH₃COO)₂)、硝酸铁(Fe(NO₃)₃)分别作为锌源、钴源和铁源，通过溶胶燃烧法合成目标催化剂。本发明方法以醋酸盐作为锌源、钴源和铁源的优势是其金属阳离子及配位基团更易与柠檬酸进行特殊形式桥联和络合团聚，有助于晶型和晶体大小生长控制。另外，本发明中溶胶的形成不需要乙二醇等有机溶剂作为增稠剂，方法更简单经济。