[发明专利]一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒及其制备方法。将钴离子盐和铁离子盐溶解于乙醇中并加入硫脲，溶解后进行溶剂热反应，将得到的固体产物用乙醇和水进行清洗后干燥，即得到铁掺杂二硫化钴纳米颗粒。铁掺杂二硫化钴纳米颗粒为催化剂、单过硫酸盐为氧化剂，利用铁掺杂二硫化钴纳米颗粒活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基降解水中的有机污染物。本发明铁掺杂二硫化钴纳米颗粒表面过渡金属铁和钴，通过价态变化催化单过硫酸盐分解产生强氧化性的硫酸根自由基降解有机物，可以克服现有钴盐活化过硫酸盐降解有机污染物使用pH范围窄、去除效率低等缺点。此外，所述铁掺杂二硫化钴纳米颗粒作为过硫酸盐活化剂还具有催化性能稳定、绿色环保等优点。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

高级氧化技术是利用强氧化性物质来降解有机物的技术，该技术对难降解有机物有非常好的去除效果，可以在非常短的反应时间内将其降解为小分子有机物甚至实现矿化。高级氧化技术具有高效快速、操作简单、适用范围广等优点，广泛应用于难降解有机废水的处理。与传统的基于羟基自由基的高级氧化技术，如芬顿法相比，基于硫酸根自由基的高级氧化技术因其具有更高的氧化活性、更大的pH适用范围和更好的选择性近年来受到越来越多的关注。安全、稳定、高效和经济地产生硫酸根自由基是本领域学术界和工业界关注的焦点。

活化过硫酸盐是一种重要的获得硫酸根自由基的方法，例如过渡金属可活化单过硫酸盐产生硫酸根自由基。其中，过渡金属离子钴离子(Co²⁺)对单过硫酸盐的活化效果最好，但Co²⁺对人体有害使其不适用于实际污水处理。含钴的非均相催化剂同时具备高效活化单过硫酸盐和避免Co²⁺二次污染特性，在污水处理领域有极大的实际应用前景。然而，含钴的金属氧化物的活化效率低，投放量大。

发明内容

本发明为了解决现有技术中传统非均相活化剂在活化单过硫酸盐降解水中有机污染物过程中投加量大、反应速率慢的问题，提出一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒及其制备方法，以实现该纳米颗粒在活化单过硫酸盐降解水中氯霉素时，投加量少、pH适应范围宽、降解速率快的效果。

本发明提供的一个技术方案是一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒的制备方法，一种铁掺杂二硫化钴纳米颗粒的制备方法，包括下列步骤：

步骤1：将钴离子盐和铁离子盐溶解于乙醇中，所述钴离子盐与铁离子盐的摩尔比为0.9～0.1:0.1～0.9，所述钴离子盐与乙醇的用量比为1mmol:30～70mL；

步骤2：向步骤1所得溶液中加入硫脲，剧烈搅拌至硫脲完全溶解，所述钴离子盐与硫脲的摩尔比为1:5～10；

步骤3：将步骤2所得溶液在150～200℃高温下进行溶剂热反应，反应54～90h后离心取出固体产物；

步骤4：将步骤3中所得固体产物依次用乙醇和超纯水洗涤数次，最后干燥12～24h，得到铁掺杂二硫化钴纳米颗粒。

优选地，所述钴离子盐为硝酸钴、硫酸钴或醋酸钴中的一种。

优选地，所述铁离子盐为硝酸铁、硫酸铁或醋酸铁中的一种。

作为本发明的第二个方面，还提供一种根据上述任一项制备方法得到的铁掺杂二硫化钴纳米颗粒，可应用于活化单过硫酸盐降解水中有机污染物。

其中，铁掺杂二硫化钴纳米颗粒应用于活化单过硫酸盐降解水中有机污染物，包括以下步骤：

步骤1：用稀盐酸和稀氢氧化钠溶液调节含有机污染物的污水pH为5.0～9.0，加入单过硫酸盐作为氧化剂，搅拌20～60min；

步骤2：向步骤2中加入铁掺杂二硫化钴纳米颗粒作为活化剂，在搅拌条件下，铁掺杂二硫化钴纳米颗粒活化单过硫酸盐产生的硫酸根自由基降解水中的有机污染物。