一种P-Co/CoO异质结纳米材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种P

【技术实现步骤摘要】
一种P
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Co/CoO异质结纳米材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种P
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Co/CoO异质结纳米材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]如今，抗生素被广泛用于治疗疾病，保护人类和动物健康。磺胺甲噁唑(SMX)是使用最广泛的抗生素之一，在环境中经常被检测到。此外，由于其对自然生物降解的抵抗性，对其去除存在挑战，这会导致SMX的积累，并对环境和人类健康构成严重威胁。去除SMX已成为水处理领域亟待解决的科学问题。
[0003]·
OH是一种无选择性的强氧化基团，氧化还原电势为2.8V，它可以有效地破坏污染物的结构以及在一定程度上矿化这些污染物。近年来，以硫酸根自由基(SO
4—
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)为基础的高级氧化进程引起了广泛关注。在各种水处理技术中，以硫酸根自由基为基础的高级氧化技术(SR
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AOPs)已被证明是去除水中难降解有机污染物的有效技术，因相比于
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OH，SO
4—
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具有相同的甚至更高的氧化还原电势(2.5
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3.2V)。此外，在某些条件下，SO
4—
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比
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OH具有更高的选择性、更宽泛的pH条件以及更长的半衰期。因此硫酸根自由基被考虑去更有效和快速地降解有机污染物。SO
4—
·
通常由过一硫酸盐(PMS)和过硫酸盐(PS)通过紫外线，热，碱，过渡金属或金属氧化物和碳材料活化产生。钴基催化剂被证实是活化PMS最有效的催化剂，不幸的是，Co纳米颗粒(NPs)不可避免的聚集和钴离子的浸出限制了其进一步的实际应用。因此，需要开发更高效、更环保的钴基非均相催化剂，用于高级氧化。
[0004]近年来研究发现，具有高比表面积以及丰富的反应活性位点的过渡金属二维纳米材料具有活化PMS的优异性能。例如CoO、Co3O4、MoS2、FeOOH、LDH等都被合成纳米片去活化PMS。在但是在水环境处理领域，过渡金属离子浸出一直是个问题。较高浓度的金属离子不仅难以去除，而且会对环境以及人体造成极大的危害。因此制备具有催化性能好且稳定的过渡金属材料对环境具有深远的意义。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术旨在提供一种P
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Co/CoO异质结纳米材料的制备方法及其应用。本专利技术提供的材料为催化活性佳的P
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Co/CoO异质结材料，呈现出片状和颗粒状同时存在的形貌特征。在加入红磷烧制后，P
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Co/CoO异质结材料呈现处良好的催化活性和稳定性。该材料能够催化活化PMS产生高氧化性的SO4·
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和
·
OH(活性氧物种)降解环境中对人体有害的污染物。此外，此材料负载量仅为0.01g/L时，在8min内就可以实现对SMX的99％去除率，具有良好的稳定性及循环性。
[0006]本专利技术P
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Co/CoO异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：Co(OH)2片状纳米材料的制备
[0008]量取150ml去离子水放入圆底烧瓶中，称取0.945gHMT和0.36gCoCl2·
6H2O加入到反应体系中，N2氛围下升温至95℃回流，搅拌反应4h后自然冷却至室温，将制得Co(OH)2前驱物采用真空过滤的方法收集起来，用水和乙醇清洗数次，放到真空干燥箱干燥12h，即可得
到粉红色的Co(OH)2前驱物。
[0009]步骤2：P
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Co/CoO异质结纳米的制备
[0010]称取40mgCo(OH)2前驱物和2mg红磷放入外径为8mm，内径为6mm，长度为15cm的石英管中，真空封管后放入马弗炉中，升温至300℃保持12h，结束后自然冷却至室温，即可得到黑色的P
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Co/CoO异质结纳米材料。
[0011]所述P
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Co/CoO异质结纳米材料为颗粒状和片状组合的形貌特征，片状材料的长度为2μm
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3μm，颗粒状材料的粒径为200nm
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400nm。
[0012]本专利技术P
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Co/CoO异质结纳米材料的应用，是作为催化剂催化降解环境中的难降解污染物。
[0013]所述P
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Co/CoO异质结纳米材料具有催化活化PMS的能力，在室温下，可将PMS转化成高氧化性的活性物种SO4·
—
和
·
OH，从而将环境中的难降解污染物氧化成无害的小分子物质或直接矿化成CO2和H2O。
[0014]所述难降解污染物包括磺胺甲噁唑(SMX)。
[0015]SMX(磺胺甲噁唑)因为在治疗人类疾病的滥用以及在人体中代谢不完全，从而成为水生环境中可以检测到的主要药物污染物之一，长期接触SMX可能会改变微生物群落结构，诱导耐药细菌和基因的进化和传播，并对生态系统和人类健康造成其他不利影响。本专利技术获得的该材料能够催化活化PMS产生高氧化性的SO4·
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和
·
OH(活性氧物种)降解环境中对人体有害的污染物。同时在室温条件下，此材料在降解反应中投加量仅为0.01g/L时(在实施例4中，分别调控了降解反应过程中PMS剂量和溶液初始pH，并分析了不同PMS浓度和不同pH对降解效率的影响)，在8min内就可以实现对SMX的99％去除率，具有良好的稳定性及循环性。
[0016]一方面，本专利技术获得P
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Co/CoO异质结纳米材料能够活化PMS产生SO4·
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和
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OH降解环境中新兴污染物；另一方面，制得的P
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Co/CoO异质结纳米材料用量极其微少就可以实现对污染物的去除。
[0017]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0018]1、本专利技术制备方法简单，成本低，易于操作，采用简单的回流发放以及热处理就可以得到异质结材料。
[0019]2、本专利技术制得的P
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Co/CoO异质结纳米材料，在催化剂和PMS较少的用量下就可以快速的降解环境中的有机污染物。
[0020]3、本专利技术制得的P
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Co/CoO异质结纳米材料，仅用0.01g/L的浓度在较短时间内就可以实现对污染物的去除。
附图说明
[0021]图1是P
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Co/CoO异质结纳米材料的透射电子显微镜图(TEM)，由图1可以看出，Co(OH)2呈现表面光滑的片状结构，CoO纳米片表面出现及其细小的微孔，加红P煅烧过后的P
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Co/CoO为片状和颗粒同时存在的异质结结构。
[0022]图2是P
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Co/CoO异质结纳米材料的XRD图，在2θ＝41.683
°
，44.762<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P
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Co/CoO异质结纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：Co(OH)2片状纳米材料的制备将去离子水放入圆底烧瓶中，称取HMT和CoCl2·
6H2O加入到反应体系中，N2氛围下升温至95℃回流，搅拌反应4h后自然冷却至室温，将制得Co(OH)2前驱物采用真空过滤的方法收集，用水和乙醇洗涤，真空干燥，即可得到粉红色的Co(OH)2前驱物；步骤2：P
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Co/CoO异质结片状材料的制备将Co(OH)2前驱物和红磷放入石英管中，真空封管后放入马弗炉中，升温烧结，结束后自然冷却至室温，即可得到黑色的P
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Co/CoO异质结纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，HMT的添加量为0.945g，CoCl2·
6H2O的添加量为0.36g。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，Co(OH)2前驱物的添加量为40mg，红磷的添加量为2mg。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，烧结温度为300℃，烧结时间为12h。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，孙志伟，闫海宁，孙敏，翟林峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：