一种高效活化单过硫酸盐的复合材料及其制备方法和应用技术

一种高效活化单过硫酸盐的复合材料及其制备方法和应用，有效成分是Co

【技术实现步骤摘要】
一种高效活化单过硫酸盐的复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机污染废水处理
，具体涉及一种高效活化单过硫酸盐的复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的快速发展以及生活水平的不断提高。在人们制造大量有机化合物以满足人类社会日益增长的社会需要的同时，也造成了有机污染并带来生态风险。持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)是指具有生物蓄积性、长期残留性、不易分解和高毒性，能够通过各种环境介质(空气、水、生物等)进行长距离迁移，并且会对人类健康和环境产生严重危害的天然或人工合成的有机污染物。POPs具有高残留性、生物蓄积性、半挥发性和“三致”效应，它们在大气环境中能长距离迁移，在环境多介质多界面上发生频繁交换，因此，POPs在全球范围的各种环境介质(水、土、气等)以及动植物组织器官和人体中广泛存在，引起了各国政府、科学界和公众的广泛关注。POPs对生物降解、光解、化学分解等作用具有抵抗能力，因此可以在环境中持久性存在。其中二噁英类物质在大气中的半衰期为8～400天，水中166天～21.9年，而在土壤和沉积物中约17～273年；多氯联苯类在大气中的半衰期约为3天～1.4年，在水体中约60天～27.3年，在土壤和沉积物中为2.96～38年，而其在人体中的半衰期约为7年因此，亟需开发高效率、修复周期短、成本低、易推广适用的有机污染物的修复方法。
[0003]高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,简称AOPs)是20世纪80年代发展起来的一种处理难降解有机污染物的技术。AOPs概念的提出是以
·
OH的产生为标志的。与其他传统的氧化法相比，高级氧化技术有以下特点：(1)反应体系中产生大量的氧化性极强的自由基，
·
OH氧化还原电位高达2.80V；(2)反应速度快，大多数有机污染物在此过程中的氧化速率常数可以达到106～109M
‑1s
‑1；(3)适用范围广，具有较高氧化电位的自由基几乎可将所有有机物氧化直至完全分解；(4)反应条件温和，通常对温度和压力没有特殊要求；(5)可以诱发链反应；(6)可以与其他的水处理技术联用，作为其他处理技术的预处理或深度处理。
[0004]传统的高级氧化技术以产生羟基自由基为主要活性基团降解有机污染物，基于硫酸根自由基(SO4·
‑
)的高级氧化是近些年来发展起来的广泛应用于土壤和地下水污染修复的新技术。单过硫酸盐能通过热、紫外光、过渡金属、碱和过氧化氢等方法活化产生硫酸根自由基(SO4·
‑
)，其具有更强的氧化性，其氧化还原电位为2.6
‑
3.1V，能间接的降解污染物。与传统基于羟基(
·
OH)降解污染物的Fenton试剂相比，SO4·
‑
具有很多的优点，如能选择的降解目标污染物而与土壤有机质的作用较小；在酸性和中性条件下较稳定，碱性条件下SO4·
‑
可以与H2O或者OH
‑
反应生成
·
OH，因此在较宽pH范围内对污染物均有较好的降解效果，这些特征使基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术在修复在应用于有机污染土壤修复和废水处理过程有着广阔的前景。
[0005]过渡金属离子能够有效活化PMS产生SO4·
‑
。Co
2+
是活化PMS效果最好的金属离子，
这是由于在活化PMS过程中Co
2+
是循环利用的：
[0006]Co
2+
+H2O
→
CoOH
+
+H
+
[0007]CoOH
+
+HSO5‑
→
CoO
+
+SO4·
‑
+H2O
[0008]CoO
+
+2H
+
→
Co
3+
+H2O
[0009]Co
2+
+HSO5‑
→
Co3
+
+SO4·
‑
+OH
‑
[0010]Co
3+
+HSO5‑
→
Co
2+
+SO5·
‑
+H
+
[0011]PMS/Co
2+
体系被成功应用于萘酚、2,4
‑
二氯酚(2,4
‑
DCP)以及阿特拉津的降解中。虽然Co
2+
的用量很少，在Co
2+
与PMS摩尔比为1:1000时仍然有较高的活性，但是Co
2+
具有毒性，会造成二次污染。如果能够将钴离子固定化，而又不会使其失去活性，就能克服以上缺点。因此，亟需开发环境友好、高效、廉价的过硫酸盐催化剂。

技术实现思路

[0012]解决的技术问题：本专利技术针对现有均相金属离子活化单过硫酸盐处理有机污染废水或土壤洗脱液过程中效率低、适用pH范围窄等问题，开发了一种高效活化单过硫酸盐的复合材料及其制备方法和应用；在活化剂本身方面，此复合材料克服了现有技术中活化剂制备步骤复杂、成本高、难回收利用等缺点；在活化性能方面，此复合材料有效活化过单硫酸盐降解了处理难度较高的多氯联苯有机污染。
[0013]技术方案：一种高效活化单过硫酸盐的复合材料，有效成分是Co
‑
C3N5材料和过单硫酸盐，所述Co
‑
C3N5材料是首先以3氨基
‑
1,2,4三唑为前驱体煅烧得到C3N5后，再通过与CoCl2·
6H2O熔盐煅烧得到的材料。
[0014]上述煅烧程序为：初始温度为25℃，以5℃/min的升温速率升至500℃，并保持180min，然后降温取出，使用超纯水洗涤至洗涤液呈中性。
[0015]上述单过硫酸盐为过一硫酸氢钾、过一硫酸氢钠和过一硫酸氢胺铵中的至少一种，过单硫酸盐的浓度为0.5
‑
3.0mM。
[0016]上述高效活化单过硫酸盐的复合材料的制备方法，步骤如下：步骤一：称取5g 3氨基
‑
1,2,4三唑于坩埚中，放入管式炉中在设定的升温程序下煅烧，升温程序为：设定初始温度为25℃，以5℃/min的升温速率升至500℃，并保持180min，然后自然降温，得到固体；步骤二：将步骤一所得固体放在研钵中研磨均匀后用超纯水洗涤离心至洗涤液呈中性，然后放入冻干机冻干12h使其彻底干燥，得到目的固体C3N5；步骤三：称取0.5g步骤二中所得C3N5粉末放入研钵中，再分别向其中加入C3N5质量3％的CoCl2·
6H2O和2.5g KCl，于研钵中充分研磨，将所得混合物转入坩埚中，于马弗炉煅烧，以2.5℃/min的升温速率升至550℃，并保持240m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效活化单过硫酸盐的复合材料，其特征在于，有效成分是Co
‑
C3N5材料和过单硫酸盐， 所述Co
‑
C3N5材料是首先以3氨基
‑
1,2,4三唑为前驱体煅烧得到C3N5后，再通过与CoCl2·
6H2O熔盐煅烧得到的材料。2.权利要求1所述高效活化单过硫酸盐的复合材料，其特征在于，所述煅烧程序为：初始温度为25℃，以 5 ℃/min 的升温速率升至 500 ℃，并保持 180 min，然后降温取出，使用超纯水洗涤至洗涤液呈中性。3.根据权利要求1所述高效活化单过硫酸盐的复合材料，其特征在于，所述单过硫酸盐为过一硫酸氢钾、过一硫酸氢钠和过一硫酸氢胺铵中的至少一种，过单硫酸盐的浓度为0.5
‑
3.0 mM。4.权利要求1
‑
3任一所述高效活化单过硫酸盐的复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：步骤一：称取5g 3氨基
‑
1,2,4三唑于坩埚中，放入管式炉中在设定的升温程序下煅烧，升温程序为：设定初始温度为25℃，以 5 ℃/min 的升温速率升至 500 ℃，并保持 180 min，然后自然降温，得到固体；步骤二：将步骤一所得固体放在研钵中研磨均匀后用超纯水洗涤离心至洗涤液呈中性，然后放入冻干机冻干12h使其彻底干燥，得到目的固体C3N5；步骤三：称取0.5g步骤二中所得C3N5粉末放入研钵中，再分别向其中加入 C3N
5 质量 3%的CoCl2·
6H2O和2.5g K...

【专利技术属性】
技术研发人员：方国东，李泰，丁英志，王肖磊，曾宇，左静，秦丰林，
申请(专利权)人：南京迪天高新产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：