[发明专利]一种基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂及其制备方法、应用，其制备方法包括以下步骤：步骤1、将正二价钴盐、2‑甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮制成溶液，混合搅拌，采用水热法合成为改性钴基金属有机框架材料；步骤2、将改性钴基金属有机框架材料放入管式炉进行碳化，得到多孔碳基钴催化剂；步骤3、使用酸对多孔碳基钴催化剂进行刻蚀，得到基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂。本发明制备的催化剂能够有效活化过硫酸盐，高效去除染料及酚类有机污染物，同时在处理污水过程中，可以有效促进传质过程，进而提高污染物降解或分离效率，此外，催化剂在完成污水处理后能够通过磁铁进行回收。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

随着工业的快速发展，大量难降解有机污染物不可避免地排入水体，造成了较为严重的水污染，对人体和动物造成潜在危害，如何快速有效地去除水体中难降解有机污染物是环境领域关注的热点问题。水溶性偶氮染料大多含有苯环，性质稳定，传统的生物处理方法难以取得令人满意的效果。而对乙酰氨基酚之类的有机污染物，因为具有生物难降解性，采用传统的生物处理技术也很难取得较好效果。

基于自由基的高级氧化技术是去除上述难降解有机污染物的常用方法，其中基于硫酸根自由基的高级氧化技术通过产生强氧化性的活性自由基SO₄^-·(E0＝2.5eV-3.1eV)，对水体中的有机污染物有良好的降解效果。相对于传统的芬顿技术，该技术能够在广泛的pH条件下对更多种类的难降解有机物进行降解，在废水高级氧化处理领域具有广阔的应用前景。但是目前在该技术领域也存在一些问题。首先，传统采用金属离子(Fe²⁺、Co²⁺等)作为催化剂活化过硫酸盐，虽然具有较高的反应速率，但是均相金属离子反应会造成金属离子泄露的环境风险，并且在反应过程中产生大量的含金属化学污泥。采用非均相固体催化剂会较好的避免这一问题，不仅利于将催化剂从水体中分离，也有利于催化剂的再次循环利用。但是，非均相固体催化剂在水体中反应速率较低是存在的重要技术问题，此外，如何快速高效地将悬浮在水体中的催化剂分离出来也是实际应用过程中面临的重要问题。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂及其制备方法、应用，制备的催化剂能够有效活化过硫酸盐，高效去除染料及酚类有机污染物，同时在处理污水过程中，可以有效促进传质过程，进而提高污染物降解或分离效率，此外，催化剂在完成污水处理后能够通过磁铁进行回收。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明公开了一种基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将正二价钴盐、2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮制成溶液，混合搅拌，采用水热法合成为改性钴基金属有机框架材料；

步骤2、将所述改性钴基金属有机框架材料放入管式炉进行碳化，得到多孔碳基钴催化剂；

步骤3、对所述多孔碳基钴催化剂进行酸刻蚀，得到基于空间限域效应的磁性富微孔碳基钴催化剂。

具体的，在步骤1中，所述正二价钴盐和所述2-甲基咪唑的质量比为1:11～12。

具体的，步骤1包括以下步骤：

步骤1-1、将所述正二价钴盐加入去离子水中，通过搅拌使所述正二价钴盐完全溶解，得到正二价钴盐溶液；

步骤1-2、将所述2-甲基咪唑溶液与所述聚乙烯吡咯烷酮加入等离子水中，通过搅拌使所述2-甲基咪唑溶液与所述聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到所述2-甲基咪唑溶液与所述聚乙烯吡咯烷酮混合溶液。