一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备及在催化降解四环素中应用制造技术

本发明专利技术提供了一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备及在催化降解四环素中应用。本发明专利技术基于过渡金属活化过硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺，以农业废弃物甘蔗渣和Co

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备及在催化降解四环素中应用


[0001]本专利技术属于材料制备及难降解有机废水处理领域，涉及一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备方法，本专利技术同时还涉及该生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂在催化降解四环素中的应用。

技术介绍

[0002]水环境中抗生素的耐药性和高残留严重威胁着生态环境和人类健康。目前，去除水中抗生素最常用的方法包括物理吸附、光催化、电化学和高级氧化工艺（AOPs）。 AOPs作为一种高级氧化工艺，对难降解有机污染物具有显著的矿化率和适应性。其中，利用过渡金属活化过氧单硫酸盐（PMS）或过硫酸盐（PS）产生硫酸盐自由基（SO4•‑
）和羟基自由基（
·
OH），对抗生素的降解具有优越的作用，例如CoFe2O4锚定石墨烯气凝胶（3D CoFe2O4/N
‑
rGA）、零价铁（Fe0）、钴掺杂的MIL
‑
53（Al）（Co
‑
MIL
‑
53（Al））和Fe3O4‑
N 掺杂的碳球（Fe3O4‑
NCS
‑
x）。现已发现钴基催化剂在 PMS 活化方面具有优异的性能，但从溶液中浸出钴离子可能会导致一些健康问题。有报道已证实含有钴和铁的双金属催化剂具有很强的相互作用和结合力。它不仅可以有效抑制钴离子的浸出，还可以通过双金属的协同作用促进PMS的激活。
[0003]层状双氢氧化物（LDHs）是二维阴离子层状材料，具有比表面积大、合成工艺简单、组成结构可调等特点。在一定温度下煅烧LDHs可以形成尖晶石结构，金属合金或是金属氧化物。这能够明显的增加比表面积，扩大孔容，促进金属的活性。龙等人报道的聚苯胺/Mg
‑
Al 层状双氧化物 (PANI/LDO) 具有粗糙的表面和丰富的官能团，极大地提高了 Cr (VI) 吸附性能 [F. L. Long, C. G. Niu, N. Tang, H. Guo, Z. W. Li, Y. Y. Yang, L. S. Lin. Highly efficient removal of hexavalent chromium from aqueous solution by calcined Mg/Al
‑
layered double hydroxides/polyaniline composites. Chem. Eng. J. 2021; 404: 127084. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127084.]。邓等人报道的LDHs/聚乙烯醇可以通过高温碳化有效提高金属活性并增强催化剂的稳定性[Y. Deng, X. Zou, Z. Liu, J. Wang, Z. Wang, J. Tang. Co7Fe3/CoFe2O4@C Lamellar composites derived from Co
–
Fe LDH/PVA as an effective heterogeneous activator of peroxymonosulfate. J Alloy Compd. 2021; 854: 157244. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157244]。Co
‑
Fe层状双氢氧化物（Co
‑
Fe LDH）作为一种极其稳定的非均相催化剂，可以利用其双金属特性协同激活PMS。经过煅烧优化后的Co
‑
Fe LDH通过双金属的强结合成为磁性催化剂。这显著提高了金属活性，同时简化了回收过程。然而，二维催化剂极容易团聚和积聚，阻碍了催化剂表面的活性位点，限制了其在抗生素废水中的应用。因此，有必要使用合适的载体来提高其分散性。
[0004]生物炭（BC）是生物质（BM）材料高温热解的产物，可作为支撑各种催化纳米粒子的良好平台。其低成本、环保和来源的广泛性受到研究人员的青睐。BC具有碳含量高、比表面
积大和表面缺陷位点丰富等优点，具有很强的吸附和催化能力。由于其表面含有丰富的官能团，它还具有激活 PMS的能力。此外，通过在BM或BC上均匀分布金属纳米颗粒来制备功能性的复合材料，这不仅可以合理分散金属，增加孔隙结构，还可以暴露更多的活性位点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备方法；本专利技术的另一个目的是提供该生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂在降解四环素中的应用。
[0006]本专利技术基于过渡金属活化过硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺，以农业废弃物甘蔗渣和 Co
‑
Fe LDH为前驱体，通过共沉淀和煅烧方法成功制备了磁性可回收的生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂（BC@CFC）。BC在分散金属方面发挥了特殊作用，提供了具有丰富活性位点的层状多级孔结构来激活增强 PMS的激活效果。本研究选择四环素（TC）作为目标污染物，该催化剂在去除TC的过程中表现出较高的反应活性。这优异的性能归功于钴
‑
铁双金属的协同作用增强了PMS的活化，生成的SO4•‑
和
·
OH进一步发生氧化还原反应。这一结果可以加速对于TC/AOPs 机制的深入了解，并为有效降解废水中的抗生素提供一种可行的技术。
[0007]一、生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备本专利技术生物炭改性钴铁双金属复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将生物质甘蔗渣（BM）用去离子水和乙醇反复洗涤，干燥，研磨备用。
[0008]（2）将上述处理后的生物质甘蔗渣（BM）、Co(NO3)2·
6H2O 和 Fe(NO3)3·
9H2O 加入到去离子水中，搅拌分散均匀，用NaOH和Na2CO3调节pH=10~10.5，超声分散后，于60~70℃下搅拌反应18~30 h，所得沉淀用超纯水和乙醇洗涤，冷冻干燥，得到BM@CFLDH。其中，所述Co（NO3）2·
6H2O 和 Fe（NO3）3·
9H2O的摩尔比为2:1；所述生物质甘蔗渣与钴和铁总质量的质量比为1:0.25~1:4；所述冷冻干燥是在
‑
40~
‑
50℃干燥20~24 h。
[0009]（3）将BM@CFLDH在氮气保护下，于450~550℃下退火煅烧1~3 h，得到生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂BC@CFC。BC@CFC的合成示意图如图 1 所示。
[0010]二、生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的表征1、微观形貌的表征图2（a）、（b）、（c）分别为BM、 BM1@CF2LDH、BC1@CF2C的SEM 图像；图2（d）为BC1@CF2C的 TEM 图像；图2（e, f）为 BC1@CF2C的HRTEM图像；图2（g）为 C、O、Co、Fe 和总元素的元素映射；图2（h）为BC1@CF2C的EDS 光谱。
[0011]如图2a所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将生物质甘蔗渣用去离子水和乙醇洗涤，干燥，研磨备用；（2）将上述处理后的生物质甘蔗渣、Co(NO3)2·
6H2O 和 Fe(NO3)3·
9H2O 加入到去离子水中，搅拌分散均匀，用NaOH和Na2CO3调节pH=10~10.5，超声分散后，于60~70℃下搅拌反应18~30 h，所得沉淀用超纯水和乙醇洗涤，冷冻干燥，得到BM@CFLDH；（3）将BM@CFLDH在氮气保护下，于450~550℃下退火煅烧1~3 h，得到生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂BC@CFC。2. 根据权利要求1所述一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述Co(NO3)2·
6H2O 和 Fe(NO3)3·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：景凌云，朱浩，杨文涵，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：