[发明专利]叶基生物炭负载钴镍二元金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及废水处理领域，具体公开了一种叶基生物炭负载钴镍二元金属催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：将叶片通过高温碳化得到叶基生物炭；再将叶基生物炭投加到含有镍盐和钴盐的混合溶液进行水热反应；将水热反应后得到的负载型催化剂前驱体煅烧之后得到叶基生物炭负载钴镍二元金属催化剂。该催化剂的催化活性高，对过硫酸盐具有良好的催化效果，能有效降解各种有机污染物。此外，该催化剂通过双金属协同作用能够有效抑制金属浸出毒性，通过双金属和生物炭的结合提高了催化剂的电子转移能力，从而加速了金属价态的循环速度。并且材料稳定性好，可重复使用，价格低廉，制备成本低，适用pH范围广，在水处理领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种叶基生物炭负载钴镍二元金属催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着工业化和城市化的迅速发展，含有机污染物的废水被大量排放到水环境中。这些有机污染物通常具有不可生物降解的特征，使得传统的生化废水处理技术对这些有机污染物的去除效率不高，从而对生态系统和人类健康造成潜在威胁。因此寻找一种高效的降解水中有机污染物的处理技术已成为当务之急。

基于过硫酸盐的高级氧化技术由于可以产生高活性的活性氧物种，对各类难降解有机污染物具有良好的去除效率。但是过硫酸盐性质稳定，一般经过投加催化剂来激活过硫酸盐产生具有强氧化能力的活性氧物种去除污染物。过渡金属催化剂能够有效活化过硫酸盐，其中钴基催化剂是一种活化过硫酸盐最高效的过渡金属之一。然而，钴基催化剂具有较高的浸出毒性、催化反应过程中金属价态循环慢和金属团聚的问题，致使催化降解过程中钴基催化剂活性降低，限制了钴基催化剂的推广应用。向钴基催化剂掺杂其他金属形成双金属催化剂通常会由于不同金属之间的键合而形成固有极性，提供丰富价态变化，进一步提高催化活性。此外，将金属催化剂分散于多孔支架可有效克服团聚的问题。碳材料已被证明可以有效地防止金属的浸出和金属纳米粒子的聚集。然而，合成这些催化剂的常用方法通常需要矿物资源和有害/爆炸性配体或还原剂，从而限制了它们的应用。因此，寻找环保型、低成本的碳基材料作为功能性碳材料是迫切需要的。其中生物炭由于其制备简单、价格低廉等优点脱颖而出。因此有必要以经济、环保的生物质材料为基础，通过简单的制备方法制备生物炭负载双金属催化剂活化过硫酸盐实现对有机废水的高效处理。

发明内容

本发明是针对上述现有钴基催化剂的缺陷，提供一种叶基生物炭负载钴镍二元金属的制备方法，该方法制得的叶基生物炭负载钴镍二元金属催化材料对含有有机物的废水具有良好的降解效果，在催化过程中有效抑制金属浸出，同时钴、镍、生物炭三者协同作用能够促进金属的价态循环，使得催化剂具有稳定性强的特点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于催化过硫酸盐降解水中污染物的叶基生物炭负载钴镍二元金属催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤a：将收集的叶片洗净、烘干之后浸泡于浓度为0.01～0.1mol/L的稀硫酸溶液中6～12h，随后洗净、烘干、破碎得到叶片粉末；

步骤b：将叶片粉末放入管式炉中进行高温碳化，整个过程通入惰性气体保护，其中碳化温度为700～1000℃，升温速率为2～10℃/min，碳化时间为0.5～3h，待冷却后得到叶基生物炭材料；

步骤c：制备混合溶液A：将去离子水与异丙醇或乙醇按1：10～10：1的体积比混合；

步骤d：制备混合溶液B：将混合溶液A与浓氨水按10：1～2：1的体积比混合；

步骤e：制备钴盐和镍盐的混合溶液C：将钴盐和镍盐与混合溶液B进行混合并搅拌至溶解后，进行超声0.5～2h，超声温度为15～35℃；其中，钴盐和镍盐的质量比为1：8～8：1，钴盐和镍盐的总和与混合溶液B的比例为0.05～0.002kg：1L(w/v)；

步骤f：制备叶基生物炭和钴镍盐的混合溶液D：将上述叶基生物炭材料以10～40g/L的质量浓度投加入混合溶液C中进行剧烈磁力搅拌1～3h，搅拌的转速为800～1200rpm；