[发明专利]一种硫化钴负载生物炭催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化钴负载生物炭催化剂及其制备方法和应用，属于环境污染治理领域。该催化剂的制备方法为：先将生物质材料和六水硝酸钴加入盐酸和乙醇的混合水溶液中，然后加入硫脲，反应结束后经水热反应得到预热解的掺硫化钴生物质粉末，热解后得到硫化钴负载生物炭催化剂。将该催化剂和过氧化单硫酸钾盐加入含有机污染物的水体中，即可实现水体有机污染物的降解。本发明的催化剂适用pH范围广泛，有机物去除效率高，且制备方法简单，可操作性强，持久性好，催化时间短，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及环境污染治理领域，特别是涉及一种硫化钴负载生物炭催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，涉及到有机产品的应用也在不断地增加，有机污染物的数量与种类逐年增长，使大量的有毒有害物质进入到大气、水体、土壤等环境中，给生态环境造成巨大的影响。此外，进入环境中的有机污染物在自然条件下难通过生物作用发生递降分解，它们往往通过食物链直接或间接进入生物体和人体，危害人类身体健康。因此，采用高效经济的方法控制水环境中有机污染物具有重要意义。

高级氧化技术由于在处理有机污染物方面具有良好的效率而倍受关注。传统的高级氧化技术利用H₂O₂、O₃等产生强氧化性的·OH来讲解有机污染物，呈液体的H₂O₂难以运输和储存，不利于大规模实际运用，并且·OH受pH的影响很大，同时，对污染物的选择性较低，半衰期较短，在实际应用中会受到一定的限制。

近年来，基于活化过硫酸盐的高级氧化技术得到了广泛的关注。硫酸根自由基具有很高的氧化还原电位，并且相对于羟基自由基具有更长的半衰期和更高的稳定性。过硫酸盐高级氧化技术具有以下优点：(1)氧化剂为固体颗粒，稳定性好，不易失活；(2)氧化剂活化产生硫酸根自由基受pH影响小，能适应不同酸碱度的污水；(3)产生的硫酸根自由基的寿命远比羟基自由基长，这极大地提高有机污染物的降解效率。过氧化单硫酸钾盐(PMS)作为一种能产生自由基的常用过硫酸盐氧化剂，由于其在常温下较为稳定，因此通常需要外加手段(紫外光、热、微波、过渡金属离子等)进行活化才能产生活性自由基。但使用过渡金属离子活化PMS的时候，会产生引入二次污染的问题。

生物质炭(BC)是在限氧条件下由废弃生物质热解生成的环保材料，由于它具有结果稳定、孔隙发达、表面官能团丰富、原材料廉价易得等优点而被广泛应用。但是生物炭的活化效率低，反应之后难以从反应溶液中分离。

基于上述现状，提供一种活化过硫酸盐降解有机污染物效果好的生物炭催化剂材料显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫化钴负载生物炭催化剂及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，实现对废水中难降解有机物的高效降解。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的目的之一是提供一种生物炭催化剂，所述生物炭催化剂为硫化钴负载的生物炭催化剂。

本发明的目的之二是提供上述生物炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质材料和六水硝酸钴加入盐酸和乙醇的混合水溶液中，然后向反应体系中加入硫脲，反应结束后，将混合溶液进行水热反应，水热反应结束后冷却至室温，固液分离，将固体产物洗涤，干燥脱水，得到预热解的掺硫化钴生物质粉末；

(2)在氮气环境下，将所述预热解的掺硫化钴生物质粉末进行热解，得到所述生物炭催化剂。

进一步地，所述生物质材料与六水硝酸钴中钴元素的质量比为1:0.1。

进一步地，硫脲中硫元素与六水硝酸钴中钴元素的摩尔比为1:1。

进一步地，所述水热反应的温度为180℃，时间为12h。