一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用，属于新型固体芬顿催化剂技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：本发明专利技术制备的Co‑TiO2催化剂与PMS作用时可活化PMS产生SO4

Preparation and Application of a Single Atom Co Catalyst Supported on Titanium Dioxide

The invention discloses a preparation method and application of a single atom Co catalyst supported on titanium dioxide, belonging to the technical field of a new solid Fenton catalyst. The main points of the technical scheme of the invention are as follows: the CO titanium dioxide catalyst prepared by the invention can activate PMS to produce SO4 when it acts with PMS.

【技术实现步骤摘要】
一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于新型固体芬顿催化剂
，具体涉及一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
高级氧化技术是利用产生强氧化性的自由基去除难降解的污染物的过程。基于羟基（·OH）的芬顿系统，使用过氧化氢（H2O2）作为氧化剂，高效的几乎可以降解所有的有机污染物。但是由于芬顿系统中H2O2的低利用率和窄的pH作用范围，大大限制了其实际应用。类芬顿系统作为一种清洁有效的方法，产生活性含氧自由基以消除环境中存在的持久性有机污染物。由于人类社会的快速文明化以及工业化进程，类芬顿系统被认为是应对不断增长的环境污染和淡水资源稀缺的一种最具发展前景的策略。然而，开发具有足够活性和稳定性的改进催化剂仍然是实际应用的长期目标。近年来，通过活化过氧单硫酸盐（PMS）产生硫酸根自由基（SO4-·）的类芬顿系统，因硫酸根自由基（SO4-·）在宽的pH范围内仍具有强氧化性，在处理持久性有机污染物方面得到广泛关注。已经有很多的过渡金属作为PMS活化的类芬顿催化剂，但大多数都存在金属离子浸出和低催化性能的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法及其在有机污染物废水处理方面的应用，可以有效提高对有机污染物废水的处理效果并节约成本。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：称取0.1-1.0gPluronicF-1270、0.5-5g钛酸四丁酯（TBT）和10-50mg酞菁钴（CoPC）加入到5-20mL去离子水和1-10mLN,N-二甲基甲酰胺（DMF）形成的混合溶液中，超声搅拌20-60min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至300-700℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到80-180cm的石英管，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N-二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于50-100℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于300-600℃煅烧1-4h，再在流动的氩气气氛下以1-5℃/min的升温速率升温至500-1000℃煅烧1-5h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂。优选的，所述的TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：称取0.5gPluronicF-1270、1.0g钛酸四丁酯和35mg酞菁钴加入到15mL去离子水和5mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌30min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至600℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到125cm的石英管上，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N-二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于60℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于400℃煅烧2h，再在流动的氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至800℃煅烧2h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂。本专利技术所述的TiO2负载单原子Co催化剂在以PMS作为氧化剂催化降解有机污染物废水中的应用，其中PMS为PMS为活化的过氧单硫酸盐，该TiO2负载单原子Co催化剂具有很高的稳定性及耐热和耐酸碱性，TiO2负载单原子Co催化剂与PMS作用是能够活化PMS产生SO4-·，并与水分子中电子生成羟基自由基，进而产生极高的氧化性能，用于高效降解废水中的有机污染物，降解处理过后的催化剂经清洗回收后重复循环使用。本专利技术所述的TiO2负载单原子Co催化剂在以PMS作为氧化剂催化降解有机污染物废水中的应用，其特征在于具体过程为：将TiO2负载单原子Co催化剂加入到罗丹明B染料废水中，调节混合体系的pH至3-8并暗反应40min，加入氧化剂PMS，用氙灯照射，降解染料废水。优选的，所述TiO2负载单原子Co催化剂在染料废水中的浓度为0.1-50g/L，氧化剂在染料废水中的浓度为0.1-2.0g/L。本专利技术制备的Co-TiO2催化剂与PMS作用时可活化PMS产生SO4-·，并与水分子中电子生成羟基自由基，进而产生极高的氧化性能，可用于处理难降解有机污染物如脂肪族有机物、洗涤剂、染料、农药、除草剂、腐殖质等。与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术制备的TiO2负载单原子Co催化剂克服了纯TiO2作为催化剂时量子产率地、光催化效率低及适用范围较小的弊端，在光催化反应中表现出很高的光催化活性；2、本专利技术制得的TiO2负载单原子Co催化剂具有很高的稳定性及耐热和耐酸碱性；3、本专利技术制得的TiO2负载单原子Co催化剂经过多次循环使用后仍然保持较高的催化活性，具有易于回收和可循环使用等优点。附图说明图1是实施例1制得TiO2负载单原子Co催化剂的TEM图；图2是实施例1制得TiO2负载单原子Co催化剂的SEM图；图3是实施例1制得TiO2负载单原子Co催化剂、TiO2及Co的XRD图；图4是实施例1制得TiO2负载单原子Co催化剂的EDXmappings图像；图5是实施例1制得TiO2负载单原子Co催化剂对有机污染物的降解图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1步骤S1：称取0.5gPluronicF-1270、1.0g钛酸四丁酯和35mg酞菁钴加入到15mL去离子水和5mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌30min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至600℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到125cm的石英管上，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N-二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于60℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于400℃煅烧2h，再在流动的氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至800℃煅烧2h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂（Co-TiO2）。实施例2施步骤S1：称取0.5gPluronicF-1270、1.0g钛酸四丁酯和10mg酞菁钴加入到15mL去离子水和5mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌30min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至600℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到125cm的石英管上，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N-二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于60℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于400℃煅烧2h，再在流动的氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至800℃煅烧2h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂。实施例3步骤S1：称取0.5gPluronicF-1270、1.0g钛酸四丁酯和50mg酞菁钴加入到15mL去离子水和5mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌30min形成蓝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：称取0.1‑1.0g Pluronic F‑1270、0.5‑5g钛酸四丁酯和10‑50mg酞菁钴加入到5‑20mL去离子水和1‑10mL N,N‑二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌20‑60min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至300‑700℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到石英管，在80‑180cm的石英管上，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N‑二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于50‑100℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于300‑600℃煅烧1‑4h，再在流动的氩气气氛下以1‑5℃/min的升温速率升温至500‑1000℃煅烧1‑5h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：称取0.1-1.0gPluronicF-1270、0.5-5g钛酸四丁酯和10-50mg酞菁钴加入到5-20mL去离子水和1-10mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌20-60min形成蓝色混合溶液；步骤S2：将石英管加热至300-700℃，将步骤S1得到的蓝色混合溶液通过超声喷雾的方法扩散到石英管，在80-180cm的石英管上，收集沉积的催化剂前体粉末，用N,N-二甲基甲酰胺溶液洗涤多次以去除残留的酞菁钴，洗涤后的催化剂前体粉末置于真空干燥箱中于50-100℃干燥；步骤S3：将步骤S2干燥处理后的粉末在空气气氛下于300-600℃煅烧1-4h，再在流动的氩气气氛下以1-5℃/min的升温速率升温至500-1000℃煅烧1-5h，最终制得目标产物TiO2负载单原子Co催化剂。2.根据权利要求1所述的TiO2负载单原子Co催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：称取0.5gPluronicF-1270、1.0g钛酸四丁酯和35mg酞菁钴加入到15mL去离子水和5mLN,N-二甲基甲酰胺形成的混合溶液中，超声搅拌30min形成蓝色混合溶液；步骤S2：通过真空泵加热至600℃，超声喷雾的方法将步骤S1得到的蓝色混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴西林，郑玉萍，陈枫，尤斌崇，陈建荣，王方园，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33