催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，其具有碳纳米管载体，且所述载体的内表面上负载有活性成分。本发明专利技术提供的催化剂，不易使活性成分中的金属溶出，最大可能地避免了二次污染，也可以使催化剂在催化臭氧体系中维持较好的催化活性。此外，催化剂的载体相对更坚固，进而使催化剂具有较好的稳定性和重复利用性。

【技术实现步骤摘要】
催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
环境治理的重要一项就是针对水污染的有效治理，工业废水是水污染的主要污染源之一，与生活废水不同，来自各产业的排放废水中都含有许多难以降解的有机物，例如多环芳烃类化合物、杂环类化合物等，需引入针对性的技术手段，尽可能降低或避免这些有机物会对人们生存的环境及身体健康带来不利的影响。针对这些难以降解的有机物，传统的处理技术通过改变有机物的形态，将其从污水中分离出来，富集后再另行处理。这样处理的问题，首先是对分离手段要求高，依然难以保证分离后的水体洁净度；而且对于废水中有机物没有实施有效的降解处理。目前公认有效的方法是催化臭氧-氧化技术，臭氧氧化体系在催化剂作用下，臭氧被催化转化成氧化能力更强的单线态氧，从而提高臭氧催化氧化效率，加快有机物的降解。目前用于催化臭氧分解的催化剂主要分为金属催化剂和非金属催化剂，应用中各有利弊。金属催化剂的效率相对较高，但在催化臭氧氧化的过程中金属容易溶出，造成二次污染，也使催化剂寿命降低，提高了处理成本。非金属催化剂虽然可以避免二次污染，但其在臭氧降解有机物的过程中不稳定，自身容易被臭氧和单线态氧氧化分解，不仅影响催化效率，依然也存在无法重复使用导致催化剂寿命降低的问题。
技术实现思路
本专利技术针对有机物降解处理存在的缺陷，提供了一种催化剂，该催化剂用于臭氧氧化体系中具有良好的稳定性和重复利用性，在提供优异催化效率的同时，还可以避免二次污染。本专利技术还提供了一种上述催化剂的制备方法，能够通过简单有效的制备过程，制备出符合要求的催化剂。本专利技术还提供了一种上述催化剂在臭氧氧化降解有机物中的应用以及实现对污水中有机物有效降解的方法。本专利技术首先提供了一种催化剂，所述催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，其具有碳纳米管载体，且所述载体的内表面上负载有活性成分。在一些实施方案中，所述活性成分中含有钴和/或钴的氮化物。在一些实施方案中，制成该催化剂的原料中，所述钴盐、胺类化合物和环糊精的质量比为(0.5-2)：5：1。在一些实施方案中，所述环糊精的选择可以选自α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精；所述胺类化合物选自三聚氰胺、双氰胺、氰胺和尿素中的至少一种；所述钴盐选自钴的无机酸盐。在一些实施方案中，该催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，所述的焙烧碳化处理，是指将钴盐、胺类化合物和环糊精分散于溶剂中所形成的分散液干燥后于500-600℃下进行焙烧，得到碳材料前躯体；所述退火处理，是指将所述碳材料前躯体在非氧氛围下于600-1100℃下进行热处理，并冷却后得到所述催化剂。在一些实施方案中，所述焙烧时间为1-4h；所述热处理时间为4-8h。本专利技术还提供了上述任一实施方案中所述催化剂的制备方法，包括如下过程：将钴盐、胺类化合物和环糊精分散于溶剂中形成分散液，对该分散液进行干燥，得到固体；将所述固体于500-600℃下进行焙烧，得到碳材料前躯体；将所述碳材料前躯体在非氧氛围下于600-1100℃下进行热处理，经冷却后制成所述催化剂。在一些实施方案中，所述环糊精选自α-环糊精；所述胺类化合物选自三聚氰胺、双氰胺、氰胺和尿素中的至少一种；所述钴盐选自硝酸钴、氯化钴或硫酸钴。本专利技术还提供了一种利用臭氧氧化降解有机物的方法，所述方法包括使用上述任一实施方案中所述催化剂来催化所述臭氧氧化体系。本专利技术还提供了一种含有机物污水的处理方法，利用催化臭氧氧化方法，使用包括上述实施方案中所述催化剂催化臭氧氧化体系。本专利技术的实施方案，至少具有如下有益效果：1)本专利技术提供的催化剂，不易使活性成分中的金属溶出，最大可能地避免了二次污染，也可以使催化剂在催化臭氧体系中维持较好的催化活性。此外，催化剂的载体相对更坚固，进而使催化剂具有较好的稳定性和重复利用性。2)本专利技术的催化剂制备方法通过采用钴盐、胺类化合物及环糊精作为原料，其原料容易获取，且制备方法简单、操作方便。3)本专利技术提供的催化剂应用于臭氧降解有机物的体系中，能够提高臭氧降解有机物的降解效率。附图说明图1为本专利技术实施例1的催化剂的扫描电镜(SEM)图。图2为本专利技术实施例1的催化剂的透射电镜(TEM)图。图3为本专利技术实施例1、3、8、10中的催化剂的拉曼光谱图。图4为本专利技术实施例1的催化剂在臭氧降解草酸体系中重复利用的降解效果曲线图。图5(a)和(b)为本专利技术实施例7的催化剂的X衍射光电子能谱分析(XPS)图。图6为本专利技术实施例1、实施例8和实施例10的催化剂的X射线衍射(XRD)图。图7为本专利技术实施例1、实施例11和实施例1重复利用三次后的催化剂的XPS图谱。图8为本专利技术试验例1-3降解草酸的效果曲线图。图9为本专利技术试验例1、4和5降解草酸的效果曲线图。图10为本专利技术试验例6-8降解对硝基苯酚的效果曲线图。图11为本专利技术试验例9-12降解草酸的效果曲线图。图12为本专利技术试验例13催化臭氧分解体系中的总有机碳(TOC)含量图。具体实施方式本专利技术提供了一种催化剂，该催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，其具有碳纳米管载体，且上述载体的内表面上负载有活性成分。如上述，本专利技术提供的催化剂以碳纳米管为载体，并使活性成分负载于载体的内表面上。利用具有该形貌和构成的催化剂催化臭氧氧化体系，在反应过程中，活性成分中的活性位点不是直接暴露在臭氧、单线态氧和酸性环境中，从而使活性有效成分中的金属更不易溶出，不仅避免由此导致的二次污染，而且也使催化剂在催化臭氧体系中维持较好的催化活性。另一方面，通过钴盐、胺类化合物和环糊精的相互协同作用，得到的碳纳米管载体具有有限的结构缺陷和边界及坚固的结构，也利于阻止反应过程中臭氧和单线态氧对载体的破坏，提高催化剂在臭氧降解有机物体系中稳定性和重复使用性。本专利技术催化剂的活性成分来自钴及其反应产物，形成碳纳米管的过程中也在形成活性成分中的活性位点，该活性位点为钴-碳/氮键，通过其促进电子转移，进一步提高催化剂的催化效率。而且钴能够使催化剂具有一定磁性，通过外加磁场可以极大的提高催化剂在工业上的可回收率，也解决了工业中催化剂难于回收的问题。在本专利技术的一些实施方案中，钴盐、胺类化合物和环糊精的质量比为(0.5-2)：5：1，如1：5：1、0.5：5：1和2：5：1。在本专利技术的一些实施方案中，环糊精选自α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精，多种类型的环糊精可以单独使用，或混合使用，在确保给催化剂提供碳纳米管载体的同时，其载体不易被臭氧和单线态氧氧化分解，也利于保障催化剂具有较好的稳定性。胺基类化合物可以为三聚氰胺、双氰胺、氰胺和尿素中的至少一种。钴盐选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，其具有碳纳米管载体，且所述载体的内表面上负载有活性成分。/n

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，其具有碳纳米管载体，且所述载体的内表面上负载有活性成分。


2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述活性成分中含有钴和/或钴的氮化物。


3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，制成该催化剂的原料中，所述钴盐、胺类化合物和环糊精的质量比为(0.5-2)：5：1。


4.根据权利要求3所述的催化剂，其特征在于，所述环糊精选自α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精；所述胺类化合物选自三聚氰胺、双氰胺、氰胺和尿素中的至少一种；所述钴盐选自钴的无机酸盐。


5.根据权利要求1-4任一项所述的催化剂，其特征在于，该催化剂是以钴盐、胺类化合物和环糊精为原料，经焙烧碳化处理和退火处理得到的产物，所述的焙烧碳化处理，是指将钴盐、胺类化合物和环糊精分散于溶剂中形成的分散液干燥后于500-600℃下进行焙烧，得到碳材料前躯体；所述退火处理是指，使所述碳材料前躯体在非氧氛围下于600-11...

【专利技术属性】
技术研发人员：王郁现，任诺，席佳欣，陈春茂，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11