[发明专利]一种活化过硫酸盐催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种活化过硫酸盐催化剂及其制备方法与应用。本发明的活化过硫酸盐催化剂的制备方法包括如下步骤：将多氨基有机物溶液与过渡金属钴盐溶液混合，反应，干燥，得到的固体煅烧，得到活化过硫酸盐催化剂。本发明的活化过硫酸盐催化剂具有三个活化中心，Co₃O₄、Co、C₃N₅可分别活化过硫酸盐，具有高效的过硫酸盐活化效能；用于催化降解超纯水、自来水、雨水、河水等各种水体中的药物污染物，效果稳定；制备方法简单可控，成本较低，稳定性强，可重复利用，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及环境修复技术领域，特别涉及一种活化过硫酸盐催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业化和城镇化的推进，环境和资源的压力逐渐加大，大量的工业污水和生活废水的排放导致水污染问题日益严重。其中，药物类污染物在分解过程中会消耗水中大量的氧，远大于可补充的氧量，导致氧耗尽从而对水生生物群的生存造成严重威胁。而且含药物类污染物的废水中含有大量的悬浮固体，这些固体会减少光线的入射，使进行光合作用的生物大量死亡，并在沉淀时会改变河床的特性，使得许多无脊椎动物的不能继续栖息。因此需要进行处理，将药物类污染物降解为毒性较低的形式是一种可行的方式。

目前，高级氧化技术(AOPs)能够将有毒且难降解的大分子药物类污染物分解矿化为小分子物质。AOPs具有适用范围广、反应速率快、氧化能力强的特点，在处理难降解有机废水方面具有很大的优势，其中的过硫酸盐高级氧化技术应用最为广泛。过硫酸盐的催化活化方式主要分为均相活化和非均相活化，而非均相金属催化剂具有催化效率高，所需能源少和能够重复使用等优点成为研究热点。过渡金属为主的金属单质及氧化物是常用的单金属非均相过硫酸盐催化剂，但是反应时间普遍偏长，如2009年，Yang等人用铁-钴混合氧化物纳米催化剂活化PMS在2h内对2，4-二氯苯酚的去除率达到65％【Yang.et al,Iron–cobalt mixed oxide nanocatalysts:heterogeneous peroxymonosulfate activation,cobalt leaching,and ferromagnetic properties for environmental applications,DOI:10.1016/j.apcatb.2008.10.013】。因此，探索及研发新型的高效活化过硫酸盐的催化剂迫在眉睫。

钴掺杂石墨相氮化碳作为非均相催化剂，以其来源丰富、成本低、稳定性好、易于合成和分离，且金属离子的浸出率低而得到广泛关注，钴离子是活化PMS最有效的催化剂，对很多药物类污染物都有较好的去除效果。在钴/过硫酸盐体系中加入还原性物质可以增加催化剂的活性位点，促进金属离子间的氧化还原循环，从而进一步提升催化体系对药物类污染物的去除效果。

目前可以通过改变钴催化剂的结构、制备钴复合催化剂以及在钴/过硫酸盐体系中增加催化剂的活性位点，进一步提升催化体系对药物类污染物的去除效果。此类材料传统的制备方法通常采用碳材料的后处理和含氮前驱体高温热解后再将金属原子负载到材料中去，如2019年，刘莛予等人用复合而成的Co₃O₄/g-C₃N₄光催化剂对降解罗丹明B进行了研究【刘莛予等，Co₃O₄/g-C₃N₄复合光催化剂降解罗丹明B的研究，DOI:10.11894/iwt.2019-0002】。这类合成方法可能会堵塞孔道，并存在金属掺杂量不高的问题，进而影响材料的催化效率。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种活化过硫酸盐催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的活化过硫酸盐催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述活化过硫酸盐催化剂的应用。