一种镁掺杂制造技术

技术编号:39601432 阅读:12 留言:0更新日期:2023-12-03 20:01
本发明专利技术涉及一种镁掺杂

【技术实现步骤摘要】
一种镁掺杂Co3O4尖晶石催化膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石催化膜及其制备方法和应用,属于催化膜材料制备的



技术介绍

[0002]当前,药品和个人护理品
(PPCPs)
新型污染物在环境中的残留问题日益严重

其中抗生素污染物因其被大量使用及其难降解特性而广泛富集于地表水环境,严重威胁着生态系统和人体健康

因此,开发高效的抗生素污染物处理技术是解决当前水环境污染问题的关键

与传统废水处理技术相比,过硫酸盐活化技术应用于废水处理方面具有能耗低

操作简单

效率高

反应条件温和

处理范围广等优点,这使得其具备实际应用前景

但就目前而言,其仍存在催化剂难回收

传质效率缓慢和污染物矿化不彻底的问题

[0003]本领域一些研究者致力于催化膜的开发,常见催化膜如:石墨烯膜

金属氧化物纳米片膜

有机聚合物膜等

但是这些催化膜材料存在制备成本高

制备过程复杂和耐用性差的问题

[0004]四氧化三钴尖晶石
(Co3O4)
作为一种对过硫酸盐具有良好反应活性的金属氧化物,由于制备过程简单

制备成本低<br/>、
化学稳定性高和催化效率高等特点,特别适用于构筑催化膜以去除有机污染物,是极具应用前景的一种催化膜材料
。Co3O4中
Co
位点作为反应位点,通过向过硫酸盐提供电子以将其活化为活性物种
。Ma

[1]设计制备了空心球状
Co3O4,发现形貌调控实现了
Co3O4表面活性位点的充分暴露,进而高效降解了有机污染物
。Li

[2]通过掺杂策略将
Al
掺杂入
Co3O4,活性位点配位原子的改变优化了催化剂表面的电子分布

[0005]然而,
Co3O4催化膜在实际应用中还存在以下缺陷:
(1)
高价态
Co(Ⅲ)
的持续累积会大大降低
Co3O4的催化活性,因而
Co
位点的氧化还原循环已然成为限速步骤;
(2)
实际应用中仍存在
Co
浸出现象,其造成的环境风险不容忽视;
(3)
常用改性方法过程较为复杂,不具备工业化生产能力

[0006]可见
Co3O4催化膜在过硫酸盐活化应用方面所具有的优越性能,但传统
Co3O4仍存在催化活性低

稳定性差和制备过程复杂的的缺陷

因此,开发一种制备过程简单

成本低

催化活性高和稳定性高的
Co3O4催化膜,对于推动过硫酸盐活化工艺在水环境处理方面的应用具有重要意义


技术实现思路

[0007]针对上述问题,本专利技术的目的在于提供一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石催化膜及其制备方法和应用

[0008]一方面,本专利技术提供了一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石催化材料,所述的材料组成结构通式为
Mg
x

Co3O4。
所述的
x

Mg

Co
的摩尔比

[0009]另一方面,本专利技术提供了一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石催化膜的制备方法,基于离子交换

煅烧

真空抽滤法,以
Co3O4尖晶石为基质,以四水合乙酸镁为
Mg
源作掺杂剂,通过离子交
换和高温煅烧制备
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石,接着以聚醚砜膜
(PES)
为衬底,通过真空抽滤过程合成
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石催化膜,记作
Mg
x

Co3O4@PES。
[0010]本专利技术的目的可通过以下技术方案实现:
[0011]一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石的制备方法,包含以下步骤:
[0012]1)
一定质量的
Co3O4尖晶石和四水合乙酸镁依次加入一定量的去离子水中,机械搅拌
20

60min
得到混合液;
[0013]2)
将混合液加入
150mL
水热反应釜中,
120

200℃
反应6~
12h
后离心收集所得产物并充分洗涤,
60℃
真空干燥6~
12h
得到前驱体;
[0014]3)
将前驱体置于带有盖子的陶瓷坩埚,并置于管式炉中,通入氮气,升温至一定温度并保温4~
6h
,自然冷却后得到
Mg
x

Co3O4。
[0015]作为本专利技术的一种优选,步骤
1)
中所述的
Co3O4用量为
0.5

2g/L
,四水合乙酸镁浓度为
0.04

0.16mM。
[0016]作为本专利技术的一种优选,步骤
1)
中所述的去离子水温度为
30

60℃。
[0017]作为本专利技术的一种优选,步骤
2)
中水热反应温度为
120

200℃
,水热反应时间为6~
12h。
[0018]作为本专利技术的一种优选,步骤
2)
中真空干燥时间为6~
12h。
[0019]作为本专利技术的一种优选,步骤
3)
中煅烧温度为
300

800℃
,保温时间为4~
6h。
[0020]作为本专利技术的一种优选,步骤
3)
中管式炉的升温温度为2~
10℃/min。
[0021]按照本专利技术所述的制备方法制备的
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石

[0022]本专利技术所述的
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石在制备过硫酸盐活化降解水体中抗生素的催化剂中的应用;所述的过硫酸盐活化降解水体中抗生素的催化剂优选
Mg
掺杂<本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Mg
掺杂
Co3O4尖晶石的制备方法,其特征在于包括如下步骤:1)一定质量的
Co3O4尖晶石和四水合乙酸镁依次加入一定量的去离子水中,机械搅拌
20~60 min
得到混合液;2)将混合液加入
150 mL
水热反应釜中,
120~200℃
反应
6~12 h
后离心收集所得产物并充分洗涤,
60 ℃
真空干燥
6~12 h
得到前驱体
;3
)将前驱体置于带有盖子的陶瓷坩埚,并置于管式炉中,通入氮气,升温至一定温度并保温
4~6 h
,自然冷却后得到
Mg
x

Co3O4。2. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤1)中
Co3O4用量为
0.5~2 g/L
,四水合乙酸镁浓度为
0.04~0.16 mM
,去离子水温度为
30~60 ℃。3. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤2)中的混合液占水热反应釜内胆总容量的
50%~75%

V/V
);水热反应温度为
120~200℃
,水热反应时间为
6~12 h
;,真空干燥时间为
6~12 h。4. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤3)中煅烧温度为
300~800℃
,保温时间为
4~6 h
,管式炉的升温温度为
2~10℃/min。5.
按照权利要求
1~4
中任一项所述的制备方法制备的
Mg

【专利技术属性】
技术研发人员:张潇王中敏刘舒雅徐圣涛冯凯范秀磊
申请(专利权)人:徐州工程学院
类型:发明
国别省市:

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