一种二维钴掺杂碳纳米片催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种一种可高效活化过硫酸盐的二维钴掺杂碳纳米片

【技术实现步骤摘要】
一种二维钴掺杂碳纳米片催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂材料的
，尤其涉及一种二维钴掺杂碳纳米片催化剂制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，药品和个人护理产品
(PPCPs)
作为水体环境中的一类新兴污染物，受到了更多的关注
。
其中，抗生素因其成本低廉
、
抗菌活性高而被广泛应用于临床治疗
、
水产养殖业和畜牧业
。
然而，由于生物体自身无法完全代谢抗生素，使得较大比例的原药随生物体的粪便和尿液进入水体；另一方面，在抗生素的生产过程中也会产生大量含有抗生素的废水，如果处理不达标的情况下排入自然水体都会对人类的健康构成威胁
。
[0003]近年来，过硫酸盐高级氧化技术被证实可有效降解水中抗生素类污染物
。
过硫酸盐高级氧化技术与其他高级氧化技术相比具有处理效果优异
、
反应半衰期长
、
转化效率高等优势
。
活化过硫酸盐常见的金属氧化物催化剂包括锰氧化物
、
铁氧化物
、
钴氧化物等，研究表明钴氧化物表现出最好的催化性能
。
但是由于钴氧化物在实际运用中有环境风险，因此限制了其进一步的应用
。
[0004]由于碳纳米管
、
石墨烯
、
纳米金刚石等碳基材料具有容易调控的结构，近年来得到广泛的研究
。
碳材料本身作为催化剂活化过硫酸盐容易被环境氧化而失活，且过程中产生的小分子有机物又容易堵塞碳材料内部的孔道，从而掩蔽掉催化活性位点
。
并且其价格高昂，催化剂制备过程复杂，限制了进一步工业化应用
。
[0005]利用碳材料作为载体，将金属颗粒负载在碳材料表面，既可以促进金属纳米颗粒的分散，也可以提高碳基催化剂本身的催化活性和稳定性
。
同时将钴金属附着在碳基载体上是一个能有效解决钴析出的方法
。
因此，开发价格低廉
、
制备过程简单
、
稳定性强的负载金属钴的碳基催化剂具有重要意义
。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了一种活化过硫酸盐的催化剂
、
制备方法及应用
。
具体内容如下：
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种可高效活化过硫酸盐的二维钴掺杂碳纳米片
(Co@GCN
s
)
催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]步骤
S1
，将二价钴盐
、
琼脂和硝酸在去离子水中混合均匀
。
[0010]步骤
S2
，在微波炉中加热上述混合物使其先完全溶解，继续加热后，迅速膨胀固化得到
Co@GCN
s
前体
。
[0011]步骤
S3
，将步骤
S2
中得到的前体在惰性气体保护下在
600
‑
1000℃
下进行煅烧，得到
Co@GCN
s
复合材料
。
[0012]步骤
S4
，将上述
S3
得到的产物提纯，得到
Co@GCN
s
催化剂
。
[0013]采用本技术方案，将钴金属很好的分散在二维类石墨烯碳纳米片中，得到的催化剂能够高效地活化过硫酸盐降解污染物
。
该催化剂具有制作过程简便
、
制作周期短
、
成本低廉
、
降解率高
、
降解周期短
、
循环耐久性强等优势
。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述二价钴盐六水合氯化钴
、
六水合硝酸钴和七水合硫酸钴等
。
[0015]优选的，所述琼脂和二价钴盐的质量比为
3∶0.5
‑
2。
进一步优选的，所述琼脂和二价钴盐的质量比为
3∶1。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S2
中所述微波炉功率为
500
‑
800W
，加热步骤
S1
制备的混合物
20
‑
30s
，使其完全溶解
。
进一步微波加热
90
‑
180s
，混合物迅速膨胀，固化得到
Co@GCNs
前体
。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S3
中，煅烧的温度为
600
‑
1000℃
，达到最高煅烧温度后保持1‑
3h
，升温程序设定升温速率为5‑
15℃min
‑1。
进一步优选的，达到最高煅烧温度后保持
2h
，升温程序设定升温速率为
5℃min
‑1。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S3
中所述惰性气体为氩气或氮气
。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤
S4
中所述的提纯采用先将
S3
产物研磨成粉末，再用去离子水和乙醇分别洗涤3遍，洗涤后在真空干燥箱中
60℃
干燥
12
小时的方法进行提纯
。
[0020]本专利技术公开了如上所述的二维钴掺杂碳纳米片催化剂的应用，其用于活化过硫酸盐降解污废水中抗生素及抗生素残留物
。
[0021]优选的，所述过硫酸盐包括过硫酸氢钾复合盐
、
过硫酸钾中的一种或两种的混合物
。
[0022]本专利技术还公开了一种活化过硫酸盐降解四环素类抗生素的方法，将所述的二维钴掺杂碳纳米片催化剂与包含四环素类抗生素的溶液充分混合后，加入过硫酸盐
。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]第一，采用本专利技术的技术方案，制备周期极短，利用微波技术，琼脂迅速膨胀固化，快速的制备了负载钴金属的二维类石墨烯碳纳米片，提高了制备效率
。
所采用的原料廉价且容易购买，利于大规模生产应用
。
[0025]第二，采用本专利技术的技术方案，
Co@GCN
s
催化剂活化过一硫酸盐降解四环素废水的效果良好，在
Co@GCN
s
催化剂＝
0.1g L
‑1、
过一硫酸盐
(PMS)
溶液＝
0.5mM、
四环素
(TC)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可高效活化过硫酸盐的二维钴掺杂碳纳米片
(Co@GCNs)
催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1，将二价钴盐
、
琼脂和硝酸在去离子水中混合均匀
。
步骤2，在微波炉中加热上述混合物使其先完全溶解，继续加热后，迅速膨胀固化得到
Co@GCNs
前体
。
步骤3，将步骤2中得到的前体在惰性气体保护下在
600
‑
1000℃
下进行煅烧，得到
Co@GCNs
复合材料
。
步骤4，将步骤3得到的产物提纯，得到
Co@GCNs
催化剂
。2.
根据权利要求1所述二维钴掺杂碳纳米片
(Co@GCNs)
催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1所述二价钴盐为六水合氯化钴
、
六水合硝酸钴和七水合硫酸钴等
。3.
根据权利要求1所述二维钴掺杂碳纳米片
(Co@GCNs)
催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1所述琼脂和二价钴盐的质量比为
3∶0.5
‑
2。4.
根据权利要求1所述二维钴掺杂碳纳米片
(Co@GCNs)
催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2中所述微波炉功率为
500
‑
800W

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，刘圣男，刘磊，郁美莹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：