[发明专利]一种聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂的制备方法及应用

说明书

一种聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂的制备方法及应用，涉及高级氧化体系非均相磁性催化剂研发技术领域。通过氯化钴与铁氰化钾络合，得到的固体粉末经氮气煅烧获得钴铁合金磁性粉末；然后以对苯二酚为原料，通过加入硫酸亚铁和过氧化氢，经过聚合反应得到聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂。本发明所需材料价格低廉，合成工艺简单，制备的催化剂在过硫酸盐和过氧化氢两种高级氧化体系中都具有优异的催化效果，并且可回收利用，在废水处理方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于高级氧化体系非均相磁性催化剂研发技术领域，具体涉及一种聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂的制备方法及应用。

背景技术

基于硫酸根自由基和羟基自由基的高级氧化工艺是近年来关注广泛的高级氧化工艺，该技术具有环保、高效的特点。过硫酸盐(PS)是近年来处理废水常用的氧化剂之一，与过氧化氢(H₂O₂)相比，具有稳定性好、便于储存和运输的优势。PS和H₂O₂本身的氧化能力很弱，无法有效降解污染物，但是经过活化可以产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO₄·^-)和羟基自由基(·OH)。常用的活化PS的方式主要有过渡金属活化、光活化、热活化、电活化和碱活化等，常用的活化H₂O₂的方式主要有均相和异相两种，这两种活化方式利用的活性组分主要是过渡金属。由于过渡金属具有反应条件温和、反应体系简单、无需热源、光源和电能等优点，受到研究学者的广泛关注。传统的过渡金属投加方式是均相催化，这种催化方式导致金属离子难以回收，容易导致二次污染。因此，异相催化剂成为研究的主流催化剂，其中通过制备固相磁性催化剂成为最优选择。

据报道，Co²⁺可有效活化PS和H₂O₂，此外，Fe²⁺是激活PS和H₂O₂的另一种选择，并表现出与Co²⁺协同。以普鲁士蓝类似物作为前体，在氮气条件下煅烧得到钴铁合金磁性粉末，保证高催化能力的同时便于回收再利用。近年来，醌作为氧化还原介质在催化剂中得到了应用，醌可以促进电子转移并能使Fe³⁺转化为Fe²⁺，实现铁循环。聚氢醌膜(PHQ)作为一种固定化的醌，可以包覆在磁性催化剂的表面，在实现促进催化的同时易于分离回收。

本发明通过氯化钴与铁氰化钾络合，得到的钴铁普鲁士蓝类似物经氮气煅烧后获得钴铁合金磁性粉末，然后利用对苯二酚聚合反应得到PHQ包裹的钴铁合金磁性催化剂。将此催化剂作为非均相催化剂分别应用在PS和H₂O₂体系中降解有机污染物。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂的制备方法及应用，本发明所需材料价格低廉，合成工艺简单，制备的钴铁合金磁性包膜催化剂应用于PS和H₂O₂体系，催化效果显著，具有可回收利用的优点，克服了外部投加过渡金属且难以回收的问题。

本发明中将钴铁合金磁性粉末与对苯二酚混合半小时，然后依次加入一定量的硫酸亚铁(FeSO₄)和H₂O₂，在35℃水浴中保持24h得到PHQ包覆的钴铁合金磁性催化剂，记为CoFe/PHQ。

本发明提供的一种聚氢醌膜包裹的钴铁合金磁性催化剂的制备步骤如下：

(1)称取六水合氯化钴(CoCl₂·H₂O)溶于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，充分搅拌均匀，得到混合液A；混合液A中氯化钴浓度为0.1-0.2mol/L，聚乙烯吡咯烷酮浓度为3-8g/L；