【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水污染控制，具体涉及一种磁性单原子钴催化剂及其催化过氧乙酸降解抗生素的方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、抗生素类药物作为一种典型的新污染物，具有用量大、使用范围广的特点，在自然水环境中广泛检出。尽管目前抗生素在环境中暴露水平较低(ng/l-μg/l)，但其结构稳定、具有生物累积效应和放大效应，对生态系统的潜在危害不容忽视。传统宏观尺度下的粗放式物化和生化处理技术对水体中痕量抗生素处理效率低，因而探究以高效绿色深度净化为目的的新理论和新技术具有重要的现实意义。
3、高级氧化技术(aops)是目前水环境中新污染物处理的研究热点。传统aops是利用活化过氧化氢(h2o2)、过硫酸盐(ps)等产生强氧化性的无机自由基(如·oh，so4·-)来实现有机污染物的去除。在实际污水处理中，活性自由基去除污水中的有机污染物仍存一些问题。例如，(1)活性自由基产生的速率很快，但在水中存在半衰期很短(·oh约为10-9s，so4·-约为10-5s)，短的存在时间限制了自由基的扩散距离，使自由基与污染物有效接触的机率减小；(2)由于水体中其它有机物以及无机离子的干扰，现有无机自由基体系在处理实际水体时受水体基质的影响很大[4]。如何提高活性物质的寿命以及选择性一直是我们研究的重点。近年来，基于活化过氧乙酸(paa)产生有机自由基(r-o·)的高级氧化技术引发了广泛关注。
4、过渡金属催化剂可在常温、常压下快速催化过氧乙酸分解生成强氧化性有机自由基，且无需额外能量，因此被广泛研究。由于具有明确的催化位点和可调整的配位结构，均相金属催化剂表现出优异的活性和选择性。然而，这些催化剂的稳定性和可回收性通常较差，限制了其实际应用。非均相催化体系涉及固体催化剂(如纳米颗粒)，理论上回收和再生相对简单，通常在实际应用中有更广阔前景。然而，其缺点也很明显。传统纳米金属催化剂只有最外层原子可以充当反应活性位点，导致金属位点利用率极低，增加了实际处理费用，其动力学通常比均相催化慢得多。此外，传统的固体催化剂(如纳米颗粒)在实际应用过程中仍然存在分离回收难度大，导致处理费用增高的问题。并且传统的固体催化剂中的金属位点易出现金属离子滤渗，引起二次污染。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种磁性单原子钴催化剂及其催化过氧乙酸降解抗生素的方法。单原子催化剂(sacs)是一种新型的催化剂，由孤立的金属单原子锚定在适当的载体上组成。sacs继承了均相和多相催化剂的优点，从而成功地弥补了两者之间的差距。由于金属位点的单核性质，sacs理论上可实现100％的金属原子利用率，并能使原子-支撑界面最大化。金属-载体界面的强相互作用可以防止孤立金属原子聚集引起的催化失活。与传统纳米催化剂相比，sacs具有以下令人瞩目的优势：(1)由于其独特的电子和物理化学结构，具有较高的选择性和活性；(2)金属用量少，化学键结合强，成本低，金属泄漏风险低；(3)具有明确的标准化配位结构，有利于更深入了解原子层面的催化机制。此外，为单原子催化剂赋予磁性，可大大优化其回收利用性能。本专利技术制备了磁性单原子钴催化剂并将其用于催化过氧乙酸降解抗生素，解决了传统催化剂活化过氧乙酸效率低，金属位点利用率低、动力慢，催化剂难回收，金属离子渗滤易引起二次污染的问题。利用磁性单原子钴催化剂催化过氧乙酸降解抗生素可在常温常压下进行反应，环境友好，成本低，易于操作，对ph适应范围广，受复杂水体基质干扰小，在水环境新污染治理领域具有很大的应用潜力。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种磁性单原子钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将2-甲基咪唑溶液加入到含有硝酸锌和硝酸钴的溶液中，搅拌反应，反应结束后离心收集沉淀，沉淀经洗涤、干燥获得zn/co zifs；
5、s2、将zn/co zifs煅烧后即得磁性单原子钴催化剂。
6、优选的，步骤s1中，2-甲基咪唑溶液的浓度为0.45-0.55mol/l，2-甲基咪唑溶液的溶剂为甲醇；含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的溶剂为甲醇，硝酸锌的浓度为0.12-0.13mol/l，硝酸钴的浓度为0.08-0.09mol/l；2-甲基咪唑溶液和含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的体积比为1:0.9-1.1。
7、优选的，步骤s1中，搅拌反应的温度为30-40℃，时间为5-7h。
8、优选的，步骤s2中，煅烧温度为600-900℃，时间为2.5-3.5h，煅烧气氛为氩气气氛。
9、第二方面，本专利技术提供了一种磁性单原子钴催化剂，通过如第一方面所述的制备方法获得。
10、第三方面，本专利技术提供了一种如第二方面所述的磁性单原子钴催化剂催化过氧乙酸降解水中抗生素的方法，包括以下步骤：
11、向含有抗生素的废水中加入过氧乙酸，混合后调节ph，再加入磁性单原子钴催化剂，搅拌反应。
12、优选的，所述抗生素包括磺胺甲恶唑，所述抗生素与过氧乙酸的摩尔比为1:5-40。
13、优选的，过氧乙酸与磁性单原子钴催化剂的比例为0.5-4mmol:1g。
14、优选的，混合后调节ph为4-9。
15、优选的，抗生素的浓度为5-20μm。
16、上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
17、本专利技术通过改进的mof衍生空间限域策略合成得到了磁性单原子钴催化剂。单原子催化剂具有孤立的金属原子作为活性位点，周围固相载体的配位位点将其锚定。单原子金属与载体之间存在强相互作用或相当大的电荷转移，单一种类的金属原子和载体协调作用以防止单一的金属原子的原子扩散聚集成粒子，这使得单原子催化剂具有独特性质。其电子结构和能级轨道，有别于传统的金属纳米粒子。此类材料能最大限度地提高金属弥散和原子利用效率，是实现金属资源合理利用和实现原子经济的最具发展前景的材料。由于其独特的结构特性和完全暴露的活性位点，与纳米催化剂相比，单原子催化剂在各种反应中表现出显著的催化活性增强。与均相催化剂相似，单原子催化剂具有高度均匀的活性位点和几何构型，使其与底物分子具有相似的电子结构和空间相互作用，从而提高了催化选择性。此外，金属活性位点的空间分离可以有效地抑制多金属位点上发生的有害副反应。
18、本专利技术采用磁性单原子钴催化剂，该单原子钴催化剂在反应过程中不会产生二次污染，催化效率高并且可以多次回收重复利用。本专利技术以过氧乙酸为氧化剂，相对于其他氧化剂，过氧乙酸受有机物质的影响较小，不产生或少产生有毒有害的消毒副产物。本专利技术提供的降解方法在近中性环境下即可获得高效的去除效果，无在实际处理中可不需加酸加碱调节ph，降低经济成本。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁性单原子钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，2-甲基咪唑溶液的浓度为0.45-0.55mol/L，2-甲基咪唑溶液的溶剂为甲醇；含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的溶剂为甲醇，硝酸锌的浓度为0.12-0.13mol/L，硝酸钴的浓度为0.08-0.09mol/L；2-甲基咪唑溶液和含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的体积比为1:0.9-1.1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，搅拌反应的温度为30-40℃，时间为5-7h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，煅烧温度为600-900℃，时间为2.5-3.5h，煅烧气氛为氩气气氛。
5.一种磁性单原子钴催化剂，其特征在于，通过如权利要求1-4任一项所述的制备方法获得。
6.一种如权利要求5所述的磁性单原子钴催化剂催化过氧乙酸降解水中抗生素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述抗生素包括磺胺甲恶唑，所述抗生素与过氧乙酸的
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，过氧乙酸与磁性单原子钴催化剂的比例为0.5-4mmol:1g。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，混合后调节pH为4-9。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，抗生素的浓度为5-20μM。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性单原子钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，2-甲基咪唑溶液的浓度为0.45-0.55mol/l，2-甲基咪唑溶液的溶剂为甲醇；含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的溶剂为甲醇，硝酸锌的浓度为0.12-0.13mol/l，硝酸钴的浓度为0.08-0.09mol/l；2-甲基咪唑溶液和含有硝酸锌和硝酸钴的溶液的体积比为1:0.9-1.1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，搅拌反应的温度为30-40℃，时间为5-7h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，煅烧温度为600-900℃，时间为2.5-3....
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙龙，刘华清，张建，李红敏，卢建江，张练，陈信含，张九洲，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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