一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法及其应用。所述的环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料通过一步共沉淀法进行制备。将二价金属(钙或镁)盐溶液与三价金属(铝、或铝和铁)盐溶液混合记为溶液A；将一定浓度的碱溶液(氢氧化钠或氢氧化钾)记作溶液B；将溶液A和溶液B同时滴入过硫酸盐溶液中；陈化后，将沉淀物经过洗涤、冷冻干燥，所得固体样品即为环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料。将制备的材料用于处理含抗生素类新污染物的有机废水时，具有显著的处理效果。具有显著的处理效果。

【技术实现步骤摘要】
一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法及其应用

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[0001]本专利技术涉及高级氧化技术在环境修复领域的应用，尤其涉及一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法及其应用。

技术介绍
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[0002]喹诺酮类抗生素是一种重要的合成抗生素，广泛应用于细菌性疾病的治疗和畜牧水产养殖的预防。然而，由于喹诺酮类抗生素的化学结构稳定且难以生物降解，传统技术无法有效去除它们，从而使其释放到水和土壤环境中。研究表明，环境中的抗生素会加速细菌耐药性的进化，最终对公共健康和安全构成威胁。因此，迫切需要能够显著处理环境中残留的喹诺酮类抗生素的新技术。
[0003]近年来，过硫酸盐高级氧化法在处理难降解有机污染物方面引起了广泛关注。通常，过硫酸盐可以通过加热、紫外线照射、超声波、碱液、过渡金属离子、非均相催化剂等方法被活化，通过产生硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基和单线态氧等活性氧物种或电子转移实现对有机污染物的氧化降解。非均相活化过硫酸盐因催化剂使用简单、可重复使用且不会向反应体系中引入额外的能量或有毒化学物质，被认为是最佳的活化方法。
[0004]层状双金属氢氧化物(LDHs)是一种阴离子型层状材料，由金属氢氧化物与层间阴离子插层组装而成，俗称类水滑石。化学组成通常为[M
2+1
‑
x
M
3+x
(OH)2]x+
(A
n
‑
)
x/n
·
zH2O，其中M
2+
>和M
3+
分别为二价和三价阳离子，A
n
‑
为层间阴离子。类水滑石材料具有丰富的表面羟基，层板金属元素的组成和比例可调，层间阴离子种类可调。而且，类水滑石材料的合成方法简单，原料容易获得，成本低廉。上述优点为其作为非均相活化过硫酸盐材料用于去除抗生素类新污染物奠定了良好的基础。
[0005]中国专利CN110479278A公开了一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用。所述以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法包括：将钴盐溶液﹑铝盐溶液、六次甲基四胺溶液和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，进行水热反应，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石；将所述插层水滑石高温焙烧，冷却得到多层水滑石；将材料置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石；将所述单层水滑石高温焙烧后得到二维钴铝复合氧化物。将材料用于催化活化过硫酸盐降解苯胺废水时提高了对苯胺的降解率。
[0006]中国专利CN112044367A公开了一种钴锰水滑石气凝胶及其制备方法与应用。所述方法为将硝酸钴和硝酸锰溶液加入水中形成盐溶液，然后将盐溶液与碱溶液混合，所得沉淀物为CoMn
‑
LDH；将CoMn
‑
LDH与氧化石墨烯溶液混合后超声分散，再加入抗坏血酸钠，将上述混合溶液进行加热反应，冷冻干燥后得到钴锰水滑石气凝胶。在可见光激发下，钴锰水滑石的空穴
‑
电子对加速分离，而三维气凝胶优秀的导电性和广泛的电子传递通道加速了电子的传导，进而促进过硫酸盐产生更多的硫酸根自由基和羟基自由基等活性氧化剂以氧化分解有机污染物，最终产生水和二氧化碳。
[0007]中国专利CN110270364A公开了一种负载型石墨相氮化碳复合材料制备方法及其应用。该专利技术采用两步法合成层状镍铁水滑石负载石墨相氮化碳的复合材料，首先将一定量的尿素研磨成粉末，经过高温缩合处理合成多孔石墨相氮化碳，然后利用无水乙醇以及去离子水反复洗涤，将层状镍铁水滑石负载到多孔石墨相氮化碳的基体和孔道中。该催化剂在活化过硫酸盐氧化降解亚甲基蓝中显示出稳定和优越的催化活性。
[0008]以上专利技术技术在过硫酸盐的活化以及水中有机污染物处理方面有一定的效果。但是制备类水滑石材料所用的化学药品种类大多数为重金属盐类，并且过硫酸盐活化后的副产物硫酸盐会残留在水环境中，使得硫酸根浓度过高，造成二次污染。
[0009]本专利技术旨在提供一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备及其应用，此材料层板金属元素为对环境无害的钙、镁、铝和铁元素，通过类水滑石的结构层板，将过硫酸盐插入类水滑石层间，以控制过硫酸盐活化后副产物的释放，并高效去除水中环丙沙星、氧氟沙星等喹诺酮类抗生素。本专利技术对高级氧化技术催化材料的设计及应用提供一种方案。

技术实现思路
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[0010]1.一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法，其特征在于：二价金属硝酸盐溶液与三价金属硝酸盐溶液混合均匀记作溶液A；碱溶液记作溶液B；在室温环境下，将溶液A与溶液B同时加入到通氮气的过硫酸盐溶液中，保持溶液的pH为9
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12；滴加完成后，反应混合液在氮气氛围下，陈化10～20小时；然后离心分离，将得到的样品洗涤至中性，冷冻干燥；最终得到的固体样品即为环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料；
[0011]其中，二价金属硝酸盐溶液中的二价金属盐是硝酸钙、硝酸镁的混合溶液，硝酸钙：硝酸镁摩尔比为0～1；三价金属硝酸盐溶液中的三价金属盐是硝酸铁、硝酸铝混合溶液，硝酸铁：硝酸铝摩尔比为0～1；二价金属硝酸盐溶液：三价金属硝酸盐溶液摩尔比为2～4；
[0012]碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，投加摩尔量为两倍的二价金属硝酸盐与三价金属盐投加摩尔量的和；
[0013]过硫酸盐溶液为过硫酸钾或过硫酸钠溶液，投加摩尔量为二倍的三价金属盐溶液摩尔量。
[0014]2.应用权利要求1所述的制备方法所制备的缓释催化材料在水处理中的应用，其特征在于：
[0015]将所制备的缓释催化材料投加入浓度为10毫克每升的喹诺酮类抗生素的有机废水中，在搅拌条件下，120分钟后，水中喹诺酮类抗生素的去除率达到95％以上；喹诺酮类抗生素为环丙沙星、氧氟沙星、恩诺沙星、诺氟沙星的一种。
[0016]本专利技术技术的有益效果为：
[0017]本专利技术通过采用钙、镁、铝和铁盐制备了过硫酸盐插层的缓释催化材料，配方所用的金属盐均是对环境无害的金属，不会对环境造成污染风险；同时，所制备的材料可将过硫酸盐活化后副产物硫酸盐固定在层间，有效降低硫酸盐向水环境中的释放。材料的制备方法是一步合成，相比离子交换法两步合成，本专利技术所用的制备方法操作更为简单，制备条件
温和。该材料具有优异的降解性能，可以快速地去除喹诺酮类抗生素。
附图说明
[0018]图1是材料合成流程图
[0019]图2是实施例1的环丙沙星降解性能图
[0020]图3是实施例2的环丙沙星降解性能图
[0021]图4是实施例3的环丙沙星降解性能图
[0022]图5是实施例3所合成材料使用前后的X射线衍射图
[0023]图6是实施例4的苯甲酸、硝基苯、糠醇的降解性能图
[0024]图7是捕获单线态氧的电子顺磁共振图
[0025]图8是捕获羟基自由基和硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料的制备方法，其特征在于：二价金属硝酸盐溶液与三价金属硝酸盐溶液混合均匀记作溶液A；碱溶液记作溶液B；在室温环境下，将溶液A与溶液B同时加入到通氮气的过硫酸盐溶液中，保持溶液的pH为9
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12；滴加完成后，反应混合液在氮气氛围下，陈化10～20小时；然后离心分离，将得到的样品洗涤至中性，冷冻干燥；最终得到的固体样品即为环境友好型过硫酸盐插层类水滑石缓释催化材料；其中，二价金属硝酸盐溶液中的二价金属盐是硝酸钙、硝酸镁的混合溶液，硝酸钙：硝酸镁摩尔比为0～1；三价金属硝酸盐溶液中的三价金属盐是硝酸铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一平，李陈，雷晓东，闫冰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：