一种过渡金属催化剂的制备方法及其应用技术

本申请提供一种过渡金属催化剂的制备方法及其应用，属于催化材料制造领域。一种过渡金属催化剂的制备方法包括以下步骤：将胶原纤维浸泡在第一溶剂中，得到第一反应前驱体，其中，第一溶剂的pH≤7；将第一反应前驱体与含有过渡金属盐的第二反应前驱体混合后进行加热反应，得到反应中间体；对反应中间体进行固液分离，得到固相反应中间体；对固相反应中间体进行加热碳化，该过渡金属催化剂的制备方法能够在一定程度上改善过渡金属生物炭材料的制备方法存在的制备流程复杂、制备成本较高以及金属浸出等问题。金属浸出等问题。金属浸出等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属催化剂的制备方法及其应用


[0001]本申请涉及催化材料制造领域，具体而言，涉及一种过渡金属催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]现有技术中，有机污染物的处理通常会用到活化后的过硫酸盐，其中，常用的一种活化剂为过渡金属生物炭，但是，该类活化剂的当前制备方法存在制备流程复杂、制备成本较高以及金属浸出等问题。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种过渡金属催化剂的制备方法及其应用，能够在一定程度上改善过渡金属生物炭材料的制备方法存在的制备流程复杂、制备成本较高以及金属浸出等问题。
[0004]本申请的实施例是这样实现的：
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种过渡金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将胶原纤维浸泡在第一溶剂中，得到第一反应前驱体，其中，第一溶剂的pH≤7；将第一反应前驱体与含有过渡金属盐的第二反应前驱体混合后进行加热反应，得到反应中间体；对反应中间体进行固液分离，得到固相反应中间体；对固相反应中间体进行加热碳化，得到过渡金属催化剂；
[0007]可选地，第二反应前驱体通过将过渡金属盐溶解在第二溶剂中制得，其中，第二溶剂的pH≤7。
[0008]上述技术方案中，直接采用胶原纤维作为反应原料，能够不用预先将反应溶剂调整为酸性，相较于常规的制备方法(需要预先进行酸性调节步骤)，能够简化制备工艺，降低制备成本；同时，本申请实施例提供的制备工艺中，胶原纤维和过渡金属盐采用分步加入再进行混合反应的方式，相较于常规的制备方法(二者同时加入溶剂中进行混合，基本属于物理结合，导致金属离子特别容易脱落浸出)，胶原纤维和过渡金属大都通过化学结合(离子配位)，二者的稳定性更高，能够在一定程度上解决金属浸出的问题。
[0009]进一步地，预先将过渡金属盐制备成溶液再与第一反应前驱体中的胶原纤维进行混合的形式，相较于直接加入过渡金属盐粉末的形式，能够提高二者的混合均匀度，同时，也便于二者进行配位反应。
[0010]在一些可选的实施方案中，在将胶原纤维浸泡在第一溶剂中的步骤中，胶原纤维和第一溶剂的质量比为(1～2)：(25～35)，和/或浸泡的时间为8～12h。
[0011]上述技术方案中，在浸泡过程中，分别将胶原纤维和第一溶剂的质量比、浸泡的时间限定在特定范围内，能够使得胶原纤维浸泡以后具有适宜的结构疏松度，从而更好地与过渡金属进行配合结合。
[0012]在一些可选的实施方案中，胶原纤维和过渡金属盐的质量比为(10～20)：(5～
10)。
[0013]上述技术方案中，将胶原纤维和过渡金属盐的质量比限定在特定范围内，能够使得二者具有适宜的用量比，从而使得过渡金属能够较好地与胶原纤维进行配位结合。
[0014]在一些可选的实施方案中，在加热反应的步骤中，处理温度为35～45℃，处理时间为5～7h。
[0015]上述技术方案中，将加热反应步骤中的处理温度和时间分别限定在特定范围内，能够使得加热反应在适宜的温度和时长下进行，从而使得胶原纤维和过渡金属盐更好地结合在一起。
[0016]在一些可选的实施方案中，过渡金属盐中的金属离子包括Fe
3+
、Co
2+
和Cu
2+
中的至少一种。
[0017]本申请实施例提供的几种过渡金属为过硫酸盐活化剂中最常用的几种金属，能够适用于本领域中的大多数有机污染物体系，从而便于对本申请实施例提供的技术方案进行推广和应用。
[0018]在一些可选的实施方案中，在加热碳化的步骤中，包括先进行第一阶段碳化，然后再升高温度进行第二阶段碳化。
[0019]上述技术方案中，采用两段式碳化的方式，相较于采用一段式碳化的方式，能够提高材料的碳化率，从而提升材料的活化性能。
[0020]在一些可选的实施方案中，在进行第一阶段碳化的过程中，处理温度为300～500℃，处理时间为2～4h；和/或，在进行第二阶段碳化的过程中，处理温度为700～900℃，处理时间为2～4h。
[0021]上述技术方案中，将两个碳化过程中的温度和时间分别限定在特定范围内，能够使得两个碳化过程均在较为适宜的条件下进行，相较于不在特定范围内，能够提高材料的碳化效果。
[0022]在一些可选的实施方案中，在第一阶段碳化和第二阶段碳化之间，还包括采用碱性溶液对经过第一阶段碳化处理后的固相反应中间体进行活化处理；
[0023]可选地，碱性溶液与固相反应中间体的质量比为(3～5)：1；
[0024]可选地，活化处理的时间为2～4h。
[0025]上述技术方案中，在第一阶段碳化和第二阶段碳化之间增设活化处理，能够促进材料内部的孔道形成以及提高材料的比表面积，从而提供更多的催化位点。
[0026]进一步地，将碱性溶液与固相反应中间体的质量比以及活化时间限定在特定范围内，能够使得二者具有适宜的用量比，从而能够较好地活化固相反应中间体。
[0027]第二方面，本申请实施例提供一种过渡金属催化剂在降解有机污染物中的应用，过渡金属催化剂采用如第一方面实施例提供的过渡金属催化剂的制备方法制得。
[0028]在一些可选的实施方案中，包括以下步骤：
[0029]先用过渡金属催化剂活化过硫酸盐，再用活化后的过硫酸盐降解有机污染物；
[0030]可选地，在过渡金属催化剂活化过硫酸盐的活化溶液体系中，过渡金属催化剂与过硫酸盐的浓度比为(0.02～0.08)g/L：(1～3)mM；
[0031]可选地，在降解有机污染物的过程中，处理时间为30～60min。
[0032]上述技术方案中，采用过渡金属催化剂活化后的过硫酸盐来降解有机污染物，具
有绿色高效的优势。
[0033]进一步地，在过渡金属催化剂活化过硫酸盐的活化溶液体系中，将过渡金属催化剂与过硫酸盐的浓度比限定在特定范围内，能够使得二者具有适宜的用量比，从而能够较好地活化过硫酸盐。
[0034]进一步地，在降解有机污染物的过程中，将处理时间限定在特定范围内，一方面能够有效避免处理时间较短导致有机污染物未被有效去除，另一方面能够有效避免处理时间过长导致时间浪费(达到降解饱和度以后，继续延伸时间，降解效果没有明显提升，只会造成时间浪费)。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0036]图1为本申请实施例提供的一种过渡金属催化剂的制备方法的工艺流程图；
[0037]图2为本申请实施例1～3提供的一系列过渡金属催化剂的活化性能测试结果；
[0038]图3为本申请实施例4～6提供的一系列过渡金属催化剂的活化性能测试结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将胶原纤维浸泡在第一溶剂中，得到第一反应前驱体，其中，所述第一溶剂的pH≤7；将所述第一反应前驱体与含有过渡金属盐的第二反应前驱体混合后进行加热反应，得到反应中间体；对所述反应中间体进行固液分离，得到固相反应中间体；对所述固相反应中间体进行加热碳化，得到过渡金属催化剂；可选地，所述第二反应前驱体通过将过渡金属盐溶解在第二溶剂中制得，其中，所述第二溶剂的pH≤7。2.根据权利要求1所述的过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，在所述将胶原纤维浸泡在第一溶剂中的步骤中，所述胶原纤维和所述第一溶剂的质量比为(1～2)：(25～35)，和/或浸泡的时间为8～12h。3.根据权利要求1所述的过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述胶原纤维和所述过渡金属盐的质量比为(10～20)：(5～10)。4.根据权利要求1～3中任一项所述的过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，在所述加热反应的步骤中，处理温度为35～45℃，处理时间为5～7h。5.根据权利要求1～3中任一项所述的过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐中的金属离子包括Fe
3+
、Co
2+
和Cu
2+
中的至少一种。6.根据权利要求1～3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽君，周建飞，石碧，唐余玲，徐士强，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：