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负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法、负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂及其应用技术

技术编号:19723983 阅读:47 留言:0更新日期:2018-12-12 01:02
本发明专利技术公开了一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,包括焙烧:将前驱体置于500~600℃条件下焙烧1~3h,自然降温后制得氮化碳,焙烧升温速率小于10℃/min;混合:将可溶性钴化合物与氮化碳溶于水中,用碱性溶液调节溶液pH值至8~11,搅拌混合均匀;水热反应:将混合溶液置于100~150℃条件下反应4~7h,反应完后自然冷却,制得负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂。本发明专利技术还公开了负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂及其应用。本发明专利技术负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂具有降解条件普通,降解活性高,便于回收循环利用等优点。

【技术实现步骤摘要】
负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法、负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂及其应用
本专利技术涉及水处理
,尤其涉及一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法、通过负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂以及该负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂在水处理领域的应用。
技术介绍
随着人口持续增长,经济快速发展和科学技术的不断进步,人们用水需求日益增大,同时不合理的开采也导致了各种水污染问题的产生,我国面临着资源型和污染型水资源短缺的问题,印染废水由于其色度深、水量大(我国平均每天排放量为300~400万吨)、有机毒物含量高等特点,受到了人们的广泛关注。罗丹明B作为其中一种代表性的偶氮染料,排入自然水体不仅会消耗大量溶解氧,危及水体生物的生存,进入人体也会起到致癌的作用,因此,对印染废水的处理迫在眉睫,但由于偶氮染料化学结构的稳定性及难降解性,难以通过生物方法及常规化学法将其彻底去除,因此,不断寻求更高效的污水处理技术是解决当前水污染问题的必然要求。芬顿反应作为一种代表性的高级氧化过程,由于其产生的羟基自由基对污染物的攻击具有无选择性及降解彻底性,逐步受到了人们的青睐,但经典芬顿反应体系中存在大量游离的金属离子,并不适应于当前的实际应用,因此,如果能将活性组分固相化,并使其与污染物和H2O2充分接触,则能解决当前传统污水处理技术对于印染废水处理的技术瓶颈问题,更好地将芬顿催化剂技术应用到我国废水处理当中。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的之一在于提供一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,通过该合成方法制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂,以解决催化剂活性组分无法固相化的问题。本专利技术的目的之二在于提供一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂,以解决经典芬顿反应体系中存在大量游离的金属离子、催化剂组分无法固相化、催化效率低、降解耗时长等问题。本专利技术的目的之三在于提供一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的应用,以解决罗丹明B排入自然水体消耗大量溶解氧、危及水体生物的生存、进入人体会起到致癌以及偶氮染料的难降解性等问题。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现:一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,包括以下步骤:焙烧:将前驱体置于500~600℃条件下焙烧1~3h,自然降温后制得氮化碳,所述焙烧升温速率小于10℃/min;混合:将可溶性钴化合物与氮化碳溶于水中,用碱性溶液调节溶液pH值至8~11,搅拌混合均匀,其中,混合溶液中氮化碳与钴元素的物质的量之比为5~20:1;水热反应:将混合溶液置于100~150℃条件下反应4~7h,反应完后自然冷却,制得负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂;所述前驱体为单氰胺、二氰二胺及尿素中的一种或者几种的混合,所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、氨水与氢氧化钠的混合溶液或者氨水与氯化铵的混合溶液。进一步地,在焙烧步骤中,焙烧温度为550℃,焙烧时间为2h,所述焙烧升温速率为5℃/min。进一步地,在混合步骤中,所述可溶性钴化合物为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴、二价钴草酸盐、三价钴草酸盐、环烷酸钴、EDTA二钠钴、钴酸锂、甲钴胺、亚硝酸钴钾、亚硝酸钴钠以及雷尼钴中的一种或者几种的混合。进一步地,在混合步骤中,所述可溶性钴化合物为氯化钴、硫酸钴及硝酸钴中的一种或者几种的混合。进一步地,在混合步骤中,用碱性溶液调节溶液pH值至9,搅拌1~5h,混合溶液中氮化碳与钴元素的物质的量之比为10:1。进一步地,在水热反应步骤中,混合溶液置于120℃条件下反应5h。进一步地,在水热反应步骤中,所述负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂经过膜过滤,未滤过固渣溶于水中,重复离心、悬浮过程2~4次后烘干,制得纯化的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂。进一步地,烘干温度为50~80℃,烘干时间为5~12h;所述膜过滤为孔径为0.45μm的膜过滤,所述离心的转速为8000~10000r/min。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现:一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂,所述负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂采用上述任一项所述的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法制备。本专利技术的目的之三采用如下技术方案实现:一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂在催化偶氮染料罗丹明B催化降解上的应用。相比现有技术,本专利技术的有益效果在于:(1)本专利技术负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法以及通过该方法制备出的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂具有如下优点:催化反应过程不再需要苛刻的pH反应条件(2-3),具有较宽的pH响应范围,在中性条件下对于罗丹明B废水表现出很好的降解效果;催化剂在最佳反应条件下催化剂用量较少,成本较低,适应于实际推广应用;催化剂在反应过程中不会产生铁泥等固体异物,不需要异物清除装置;催化剂在降解污染物的过程中具有强的活化H2O2的能力;催化剂属于固体催化剂,便于与水分离,便于回收循环利用(2)本专利技术负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂在催化偶氮染料罗丹明B催化降解上的应用具有如下优点:降解条件普通,中性条件下即对罗丹明B废水表现出很好的降解效果,降解活性高,不会产生铁泥等固体异物,便于回收循环利用。附图说明图1为实施例4制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的透射电镜(SEM)图;图2为实施例4制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的扫描电镜(TEM)图;图3为实施例4制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的Co2pX射线光电子能谱(XPS);图4为实施例4制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂悬浮液中的·OH和HO2·/O2·-的EPR信号图,其中左图为捕获体系中的·OH,右图为捕捉体系中的HO2·/O2·-;图5为实施例4制备的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂在不同催化剂用量的条件下对于罗丹明B(RhB)的降解曲线。具体实施方式下面,结合附图以及具体实施方式,对本专利技术做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。以下,通过实施例1-6详细阐述本专利技术一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法以及通过该方法制备出的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂(sup-Co-g-C3N4)。实施例1焙烧步骤:将尿素置于马弗炉中,将马弗炉加热至500℃且升温速率为10℃/min,焙烧3h后停止继续加热(升温),自然降温后制得氮化碳(g-C3N4)。混合步骤:将七水合硫酸钴与上述制备的氮化碳溶于去离子水中,搅拌混匀混合溶液。用pH值为11.2的氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值至11,搅拌3.5h,混合溶液中氮化碳与钴离子的物质的量之比为5:1。水热反应步骤:将混合溶液置于100℃条件下反应7h,反应完后自然冷却,制得负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂。实施例2焙烧步骤:将单氰胺置于马弗炉中,将马弗炉加热至520℃且升温速率为8℃/min,焙烧3h后停止继续加热(升温),自然降温后制得氮化碳。混合步骤:将七水合硝酸钴与上述制备的氮化碳溶于去离子水中,搅拌混匀混合溶液。用pH值为11.2的氨水与氢氧化钠的混合溶液调节混合溶液pH值至10,其中,氨水与氢氧化钠的物质的量浓度之比为3:1,搅拌4h,混合溶液中氮化碳与钴离子的物质的量之比为6.5:1。水热反应步骤:将混合溶液置于100℃条件下反应7h,反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:焙烧:将前驱体置于500~600℃条件下焙烧1~3h,自然降温后制得氮化碳,所述焙烧升温速率小于10℃/min;混合:将可溶性钴化合物与氮化碳溶于水中,用碱性溶液调节溶液pH值至8~11,搅拌混合均匀,其中,混合溶液中氮化碳与钴元素的物质的量之比为5~20:1;水热反应:将混合溶液置于100~150℃条件下反应4~7h,反应完后自然冷却,制得负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂;所述前驱体为单氰胺、二氰二胺及尿素中的一种或者几种的混合,所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、氨水与氢氧化钠的混合溶液或者氨水与氯化铵的混合溶液。

【技术特征摘要】
1.一种负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:焙烧:将前驱体置于500~600℃条件下焙烧1~3h,自然降温后制得氮化碳,所述焙烧升温速率小于10℃/min;混合:将可溶性钴化合物与氮化碳溶于水中,用碱性溶液调节溶液pH值至8~11,搅拌混合均匀,其中,混合溶液中氮化碳与钴元素的物质的量之比为5~20:1;水热反应:将混合溶液置于100~150℃条件下反应4~7h,反应完后自然冷却,制得负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂;所述前驱体为单氰胺、二氰二胺及尿素中的一种或者几种的混合,所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、氨水与氢氧化钠的混合溶液或者氨水与氯化铵的混合溶液。2.如权利要求1所述的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,其特征在于,在焙烧步骤中,焙烧温度为550℃,焙烧时间为2h,所述焙烧升温速率为5℃/min。3.如权利要求1所述的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方法,其特征在于,在混合步骤中,所述可溶性钴化合物为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴、二价钴草酸盐、三价钴草酸盐、环烷酸钴、EDTA二钠钴、钴酸锂、甲钴胺、亚硝酸钴钾、亚硝酸钴钠以及雷尼钴中的一种或者几种的混合。4.如权利要求1所述的负载掺杂型钴系多孔芬顿催化剂的合成方...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕来胡春王裕猛
申请(专利权)人:广州大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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