[发明专利]负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用，该催化剂以活性炭或矿物材料为基体，基体的表面负载有CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金纳米颗粒，其中催化剂的质量含量为90～97wt％。负载于载体上的CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金纳米颗粒分布均匀、负载量可控、催化性能优异，高熵合金颗粒与基体在纳米尺度上形成原电池效应，使得催化降解偶氮染料的性能得到大幅度提升。

技术领域

本发明涉及一种负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用，属于含偶氮染料印染污水降解处理的领域。

背景技术

偶氮染料在工业领域上有着广泛的应用，但由于其中的芳烃和杂环大分子化合物难以在自然条件下降解导致水体污染，如何持续高效、低成本地降解矿化偶氮染料双键结构(-N＝N-和–N＝O-)仍然是一个巨大的挑战。

近年来关于净化污水的方法有很多，物理过程包括薄膜分离和活性炭吸附技术，利用细菌生物降解，零价铁、光催化、臭氧以及Fenton反应等化学方法。在均相催化中，溶质物质作为唯一的催化剂具有很高的催化效率，但由于很难回收循环使用很容易造成二次污染。零价铁作为一种活泼的还原剂，具有较低的电极电位，可以通过吸附、凝聚、共沉淀去除水中污染物，但存在生产成本高昂、稳定性差以及具有毒性等缺点。

载体是负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂的重要组成部分，好的催化剂既能减少金属盐前驱体的用量，降低催化剂成本，又能提高多主元金属催化剂的活性比表面积和稳定性，延长催化剂使用寿命。同时，载体的性质对活性组分的状态、催化活性及选择性也产生重要影响。本专利采用催化剂为活性炭、磷酸盐陶瓷以及硅藻土，以上三种载体均取得了较好的催化降解效果。

公开号为CN 107299362 A的中国专利公开了“一种活性炭负载钴镍合金材料的制备方法及其电化学应用”，该方法是将活性炭浸渍于钴源与镍源的前驱体溶液中并在氮气下进行热处理得到活性炭负载钴镍合金材料。但是该方法所制备的材料为双金属负载，存在局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用，负载于催化剂上的CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金纳米颗粒分布密集、负载量可控、催化性能优异，高熵合金颗粒与活性炭或矿物材料负载基体在纳米尺度上形成原电池效应，使得催化降解偶氮染料的性能得到大幅度提升。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂，以活性炭或矿物材料为基体，基体的表面负载有CoCrMnFeNi或CoCrAlFeNi高熵合金纳米颗粒，其中，基体的质量含量为90～97wt％。

所述CoCrMnFeNi或CoCrAlFeNi高熵合金纳米颗粒按照质量百分比，由以下元素组成：16.28～21.08wt％的Co、9.65～23.84wt％的Cr、17.64～26.39wt％的Mn或24.88～29.46的Al、17.99～23.49wt％的Fe，余量为Ni。

所述矿物材料为磷酸盐陶瓷或硅藻土。具有发达的孔隙、热力学稳定等性质。

所述CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金纳米颗粒的形状为球状，其粒径为34～338nm。

一种负载CoCr(Mn/Al)FeNi高熵合金的纳米颗粒催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，首先取基体，用去离子水反复超声波震荡清洗，过滤后于45～55℃下烘干12～24h，得到备用基体；