[发明专利]一种活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法，该催化剂通过将木材干燥，脱除其中木质素和半纤维素成分，采用Tris‑HCl缓冲的多巴胺溶液对其表面进行聚多巴胺涂覆，随后采用六水合硝酸钴进行浸渍处理，滴加氢氧化钠溶液水浴加热一段时间，之后加入过氧化氢溶液维持水浴，进行冷冻干燥，以及惰性气体环境下煅烧后，即得所述催化剂。本发明采用上述活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法，首次实现了碳化木材海绵的层状多孔结构以及钴氮位点的高效催化活性优势的结合，促进了活性位点暴露，提高了传质效率，增强了活性位点、过硫酸盐以及污染物三者之间的相互作用，可回收再利用，原材料来源丰富。

技术领域

本发明涉及环境功能材料技术领域，尤其是涉及一种活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，全球范围内抗生素在环境水体中频繁检出。进入环境水体的抗生素会诱导产生抗性基因和抗性菌，危害人体健康。过硫酸盐氧化法，通过产生具有高氧化还原电位的硫酸根自由基和羟基自由基等活性物种，或通过非自由基途径能够快速、高效的降解抗生素污染物。然而，目前用于过硫酸盐体系中的催化剂多为粉末状纳米催化剂，存在难以回收、易团聚、活性位点密度低、活性差等问题，限制了其实际应用。

木材海绵是一种多孔分层的海绵状材料，具有高度可压缩性、高孔隙率以及各向异性。目前，已报道的木材海绵基改性材料成功应用于油水分离和重金属吸附去除。专利公开号为CN109608683A的中国发明专利申请公开了“一种木制海绵吸油材料及其制备方法”，经过表面疏水亲油改性后的木材海绵，最大吸油量可达自身41倍，且可通过挤压回收所收集油分，这种高效的吸油性能与其层状多孔结构以及疏水性密切相关。基于木材海绵层状多孔结构的优势，合理利用其多孔结构，并在其表面引入过硫酸盐催化活性位点，不仅解决了传统粉末催化剂的团聚问题，增大了催化活性位点与过硫酸盐的有效接触面积；而且能够提高传质效率增强催化活性位点、过硫酸盐以及污染物三者之间的相互作用。同时，基于块状木材海绵构建过硫酸盐催化剂能够促进其回收，增强可重用性。综上所述，构建木材海绵基过硫酸盐催化活化体系，对实现经济、高效的水处理过程具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法，解决了传统非均相过硫酸盐活化技术中催化活性差、粉末状催化剂难以回收、重复利用性差等问题，实现了水体中抗生素等有毒污染物的高效降解。

为实现上述目的，本发明提供了活化过硫酸盐的钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)以巴沙木为原材料，将其加工成块状样品后，进行干燥处理得到巴沙木块备用；

(2)采用酸性亚氯酸钠溶液对上述干燥后的巴沙木块蒸煮脱除木质素，采用醋酸调节pH值；

(3)采用氢氧化钠溶液对上述脱木质素的木块蒸煮脱除半纤维素；

(4)将步骤(3)处理后的木块进行水洗处理后，采用三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲的多巴胺溶液进行聚多巴胺(PDA)涂覆处理；

(5)将上述PDA涂覆的木块进行水洗处理后，采用六水合硝酸钴溶液进行浸渍处理；

(6)将氢氧化钠溶液逐滴加入到上述含PDA涂覆木块的六水合硝酸钴溶液中，水浴加热后加入过氧化氢溶液，保持水浴加热获得钴掺杂的PDA涂覆木块；

(7)将步骤(6)得到的木块进行水洗处理后，预冷冻后放入冷冻干燥器中进行冻干处理；

(8)将上述冻干后的材料在惰性气体中煅烧，得到钴氮掺杂碳化木材海绵催化剂。

优选的，所述步骤(1)中干燥温度为60-80℃，干燥时间为8-12小时。