一种Co-V双金属类Fenton复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Co

【技术实现步骤摘要】
一种Co
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V双金属类Fenton复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境修复材料
，具体涉及一种Co
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V双金属类Fenton复合材料及其制备方法和在水体中催化分解或者去除大分子有机物的应用。

技术介绍

[0002]随着工业化进程高速发展，有机化合物造成的污染是许多国家面临的一个共同困难，其造成了严重的健康危害，生态危害以及构筑物和设施的破坏，并对水资源健康合理利用造成了干扰。有机污染物的组成和类别多样，其中酚类物质被公认为危险的化学污染物。如单宁酸作为一种多酚生物分子因其不可生物降解性和环境持久性使得从废水中去除单宁酸成为一项艰巨的挑战。研究证明单宁酸对于人类和动物具有健康危害，一定量的单宁酸可导致人和食草动物肝坏死；单宁酸与蛋白质、淀粉和消化酶形成复合物，降低食物的营养价值，与矿物质如铁，钙等金属离子形成不溶性络合物，降低人体和动物对其吸收利用；槟榔中含有11
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26%的单宁酸是远东地区面颊癌和食道癌高发的主要原因，单宁酸可与石灰和烟草反应生成强效致癌物质。单宁酸分布于大多数地表水和地下水中，同时也存在于工业废水如制革工业、皮革工业、食品工业、酿酒厂以及造纸、制浆和木材工业等生产废水中。作为水溶性多酚类物质，单宁酸对水生生物如藻类，浮游植物，鱼类和无脊椎动物具有毒性危害，因此可能造成严重的环境问题。故对于水体中单宁酸的去除研究十分必要。
[0003]目前从废水中去除单宁酸的方法主要包括：化学氧化法，絮凝法，吸附法、离子交换法、臭氧分解法和生物法。Fenton法常用于处理高浓度，难降解的有毒有机污染废水，具有氧化能力强，处理效果显著。然而在处理的过程中产生大量铁泥，造成二次污染；反应需在酸性条件下才能发挥最大的处理效果，这些缺点使得传统的Fenton工艺未能良好地适应实际的工业废水治理。双金属类Fenton工艺克服了传统Fenton的缺点，通过金属与金属间相互作用机制来提高催化氧化性能，具有更高效的处理能力。根据理论分析，与单金属催化剂体系相比，双金属催化剂可以表现出更高的性能，且具备较宽的pH处理范围，并且不会造成二次污染。双金属类Fenton工艺是一种绿色低成本，适应实际工业废水处理的高级氧化工艺。
[0004]单宁酸对于人和动物健康具有有害影响，且对水生生物具有毒性危害，可造成严重的环境问题，因此亟需开发一种绿色，高效，低成本的环境修复材料技术来治理单宁酸污染水体。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种Co
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V双金属类Fenton复合材料及其制备方法和在水体中催化分解或者去除大分子有机物的应用。该催化剂的制备方法简易，具有高效的催化效果和较宽的pH处理范围，适用范围广，且处理过程中不产生二次污染，如能绿色高效地降解水体中的高浓度的单宁酸，处理成本低。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
本专利技术采用水热法制备双金属复合材料用于去除水体中大分子有机物单宁酸，在双氧水体系中该材料具有高效的催化效果和较宽的pH处理范围，可适用于实际含单宁酸工业废水处理。
[0007]所述Co
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V双金属类Fenton复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）按金属Co和V不同的摩尔比，将偏钒酸铵溶液分散到硝酸钴溶液中，并剧烈搅拌，调节混合溶液的pH值后剧烈搅拌30min，离心收集沉淀；（2）将步骤（1）收集的沉淀分散在乙二醇溶液中，然后进行水热反应，反应结束后离心收集沉淀，经去离子水和乙醇洗涤、真空干燥后，在氮气氛围下于550℃下煅烧3h，得到Co
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V双金属类Fenton复合材料。
[0008]更具体的：按金属Co和V不同的摩尔比（摩尔比为9 : 1
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7 : 3，具体为9 : 1, 8 : 2或7 : 3），将20mL偏钒酸铵溶液分散到80mL硝酸铜溶液中，并剧烈搅拌1
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1.5h。混合溶液中总金属量为0.01mol。调节混合溶液的pH值至6
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6.5后，再剧烈搅拌30min，离心收集沉淀。将离心分离的固体物质分散在60mL 50wt%的乙二醇溶液中，在不锈钢水热反应釜中于180℃下反应12h。反应结束后离心收集沉淀，将收集的固体物质用去离子水和乙醇洗涤三遍。将洗涤后的固体物质在65℃下真空干燥12
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24h。将干燥后的固体物质在氮气氛围下于550℃下煅烧3h，待煅烧后冷却至室温，得到Co
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V双金属类Fenton复合材料。
[0009]本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术首次将两种过渡金属Co和V掺杂在一起制备处Co
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V双金属类Fenton催化剂，通过金属与金属间相互作用机制来提高催化氧化性能，与单金属催化剂体系相比，双金属催化剂可以表现出更高的性能。
[0010]（2）本专利技术克服了传统Fenton工艺的缺点，在处理单宁酸污染的废水中表现出更高效的催化能力。传统Fenton工艺受pH处理范围的限制，其最佳pH为3~4,随着pH的升高，在中性和碱性条件下亚铁离子沉淀析出，反应效率下降且产生大量铁泥，。而本专利技术具有更宽的pH处理范围，在3~9的pH范围内均表现出对污染物优异的处理效果，且处理过程不产生二次污染。制备所选原料价格便宜，制备方法简易，其材料稳定，易于回收利用。
[0011]（3）钒基材料在固体表面具有丰富的氧空位，由于其优异的催化性能，在多相催化领域得到了广泛的应用。在非均相Fenton反应中，引入其他过渡金属形成多金属复合物，可显著增加催化剂表面的活性位点，改善催化剂的表面特性。Co催化剂在Fenton反应中表现出优异的催化性能，且具有较高的氧还原活性。因此将金属Co和V掺杂不仅能增大催化剂的比表面积，且由于协同作用，大大加快两种金属的价态循环，从而增强Fenton催化性能，提高了对废水中单宁酸的催化降解性能，有望加快双金属类芬顿催化剂在实际废水处理工艺中的推广应用。
附图说明
[0012]图1为制备的Co单金属催化剂和Co
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V双金属催化剂的XRD图谱；图2a和2b分别为制备的Co单金属催化剂和Co
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V双金属催化剂FESEM图；图3a,3b和3c分别为制备的Co
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V双金属催化剂XPS全谱图，O1s谱图及Co 2p谱图；图4为Co
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V双金属类Fenton催化剂投加量对单宁酸去除效果的影响图；图5为双氧水投加量对单宁酸去除效果的影响图；
图6为不同pH条件下对Co
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V双金属类Fenton催化剂降解单宁酸的影响图；图7为不同钴钒摩尔比条件下合成催化剂对Co
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V双金属类Fenton催化剂降解单宁酸的影响图；图8为Fenton体系中不同反应时间下Co
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V双金属催化剂催化降解单宁酸溶液双氧水的利用情况图；图9为制备的Co单金属催化剂和Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Co
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V双金属类Fenton复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按金属Co和V不同的摩尔比，将偏钒酸铵溶液分散到硝酸钴溶液中，并剧烈搅拌，调节混合溶液的pH值后剧烈搅拌30min，离心收集沉淀；（2）将步骤（1）收集的沉淀分散在乙二醇溶液中，然后进行水热反应，反应结束后离心收集沉淀，经去离子水和乙醇洗涤、真空干燥后，在氮气氛围下于550℃下煅烧3h，得到Co
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V双金属类Fenton复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，偏钒酸铵溶液与硝酸钴混合溶液中金属Co与V的摩尔比为 9 : 1
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7 : 3。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中偏钒酸铵溶液与硝酸钴溶液混合并剧烈搅拌的时间为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：方圣琼，吴强强，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：