一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用制造技术

本发明专利技术提供了一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用。本发明专利技术采用共沉淀和水热法制备了氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂BNMTs@CoFe2O4和H

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用


[0001]本专利技术属于材料制备及难降解有机废水处理领域，涉及一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备方法，本专利技术同时还涉及该氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂在催化降解土霉素中的应用。

技术介绍

[0002]目前，抗生素耐药性在水生环境中的发生和传播严重威胁到生态环境和人类健康。抗生素中的土霉素（OTC）作为抗菌剂和生长因子被广泛用于药物治疗。它通过人类或动物排泄和表面流动释放到环境中，造成污染。人们尝试了各种方法来处理水中的抗生素，包括物理吸附、光催化、电化学和高级氧化工艺（AOPs)。目前，活化过氧单硫酸盐（PMS）的AOPs是去除难降解有机污染物的最有吸引力的方法之一。与羟基自由基（
·
OH）相比，硫酸盐自由基（SO4•‑
）具有氧化性强、选择性好、活性自由基寿命长等特点。紫外线辐射 (UV)、热处理、微波辐射和过渡金属离子或过渡金属氧化物均可用于激活 PMS，过渡金属激活PMS是一种最有效和最经济的方法。含钴（Co）的催化剂可以激活 PMS 并产生活性氧（ROS），由于其高催化活性而广受欢迎。有研究表明，双金属系统可以提供新的内部催化性能，使得PMS的静态效率和使用效率高于单金属系统。
[0003]含有Co和铁（Fe）的层状双羟基（Co
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Fe LDH）作为二维阴离子键，具有特定的大比表面积和优异的PMS激活效果。龚等人报道的Co
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Fe LDH/PMS体系能够高效降解罗丹明B（RhB）[Heterogeneous activation of peroxymonosulfate by Fe
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Co layered doubled hydroxide for efficient catalytic degradation of Rhoadmine B]。叶等人用生物炭负载Co
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Fe LDH激活PMS产生更多活性物质，对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）展现出突出的去除效果[Enhancing peroxymonosulfate activation by Co
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Fe layered double hydroxide catalysts via compositing with biochar]。将Co
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Fe LDH煅烧成CoFe2O4，合金或是金属氧化物的状态能够改善Co
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Fe LDH的稳定性并提升使用寿命[Co7Fe3/CoFe2O4@C Lamellar composites derived from Co
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Fe LDH/PVA as an effective heterogeneous activator of peroxymonosulfate]。这其中，CoFe2O4不仅具有良好的磁性易于回收，Co
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Fe两种金属间还具有较强的结合力，能够有效抑制Co的洗脱。但无论是Co
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Fe LDH还是CoFe2O4都极易团聚和堆积，导致活性位点大量损失，限制了使用范围。因此，将CoFe2O4相变或改性为复合结构是改善其理化性质和提高催化性能的有效方法。陈等人使用石墨
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碳硝化纳米片（CNS）来支撑和分散CoFe2O4，使催化剂具有更大的比表面积[A magnetic CoFe2O4–
CNS nanocomposite as an effiffifficient, recyclable catalyst for peroxymonosulfate activation and pollutant degradation]。杨等人设计使用双金属有机骨架（Co/Fe bi
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MOFs）来增加介孔结构，复合后的催化剂对双酚 A 展现出优异的去除效率[MOF
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templated synthesis of CoFe2O
4 nanocrystals and its coupling with peroxymonosulfate for degradation of bisphenol A]。换句话说，使用简单的合成策略
将功能性的载体材料用以负载和分散CoFe2O4，提高整体催化活性是十分有必要的。
[0004]氮化硼（BN）具有二维石墨样结构。它表现出一些独特的物理和化学特性，如高特定表面区域，许多结构缺陷，高导热性，化学耐久性和高抗氧化性。 BN的晶体结构和形貌也可以根据需要进行调整，如氮化硼纳米片（BNNSs）、氮化硼纳米管（BNNTs）、氮化硼纳米纤维（BNNFs）和氮化硼纳米带（BNNRs）等。这些特性和属性使BN在许多领域具有良好的应用前景，包括储运相关气体的吸附、污染物的吸附和催化剂载体等。BN纳米材料作为吸附剂在吸附水中抗生素污染物方面的潜在应用也已得到证实。
[0005]以BN为支撑骨架分散CoFe2O4，不仅有机会有效拓宽BN的应用范围，而且能够利用二者优势为催化反应过程带来新的希望。基于此，本专利技术通过共沉淀和水热法制备了一种硼氮微纳米管（BNMTs）锚定的CoFe2O4（BNMTs@ CoFe2O4）和六方片状氮化硼（H
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BN）锚定的CoFe2O4（H
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BN@ CoFe2O4）。BNMTs@ CoFe2O4的粗糙管状结构具有丰富的孔隙和含氧基团，有效增加了CoFe2O4的负载量并加强了催化剂的稳定结构。BNMTs@ CoFe2O4激活PMS后，表现出优异的OTC去除效率和循环稳定性。与H
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BN@ CoFe2O4相比，其整体性能优势得到了显着提升。该结果有利于深入了解OTC/AOPs的作用机理，为去除废水中的抗生素提供有效的新型纳米材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种氮化硼类材料锚定铁酸钴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氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂在催化降解土霉素中的应用。
[0007]一、氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备本专利技术氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）氮化硼纳米管的制备：将硼酸（H3BO3）和三聚氰胺（C3H6N6）溶于去离子水中，加热至80~100℃并搅拌5~6 h，形成无色透明溶液，将其冷却至室温，待白色沉淀析出后进行抽滤并干燥；将得到的白色沉淀在N2氛围下加热至1000~1100℃煅烧2~4 h，得到的白色粉末状产物即为氮化硼纳米管BNMTs。其中，所述硼酸和三聚氰胺的摩尔比为2:1。
[0008]（2）氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备：将氮化硼纳米管或六方氮化硼（H
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BN）、Co（NO3）2·
6H2O和Fe（NO3）3·
9H2O加入去离子水中，搅拌分散均匀，用NaOH和Na2CO3的混合溶液调节pH至10~10.5，超声后在60~7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）氮化硼纳米管的制备：将硼酸和三聚氰胺溶于去离子水中，加热至80~100℃并搅拌5~6 h，形成无色透明溶液，将其冷却至室温，待白色沉淀析出后进行抽滤并干燥；将得到的白色沉淀在N2氛围下加热至1000~1100℃煅烧2~4 h，得到的白色粉末状产物即为氮化硼纳米管BNMTs；（2）氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备：将氮化硼纳米管或六方氮化硼、Co（NO3）2·
6H2O和Fe（NO3）3·
9H2O加入去离子水中，搅拌分散均匀，用NaOH和Na2CO3的混合溶液调节pH至10~10.5，超声后在60~70℃下搅拌4~5 h，然后于 140~150℃下水热反应10~12 h，洗涤沉淀，冷冻干燥，得到BNMTs@CFLDH或H
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BN@CFLDH；将BNMTs@CFLDH或H
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BN@CFLDH在N2保护下，于 500~600℃下煅烧 1~3h ，得到氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂BNMTs@CoFe2O4或H
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BN@CoFe2O4。2.根据权利要求1所述一种氮化硼类材料锚定铁酸钴...

【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：