一种用于氧化法去除水中有机污染物的Co基催化剂的制备及其应用

本发明属于环境净化功能材料领域，具体涉及一种用于高级氧化法去除水中有机污染物的co基催化剂的制备方法和应用，。

背景技术：

1、随着社会经济的不断发展和工业产业的不断进步，环境污染问题越来越得到大众的重视。在各种污染中，水污染现象最为严峻，正引发全世界范围的广泛关注。其中自然水体污染影响人们的日常生活，其污染源主要来自于人类生产生活排放的污染物，包括工业废水、农业废水、生活污水等。解决水体污染问题，重点在于除去水中的污染物或者尽可能的减少污染物在水中的含量使其满足最终使用要求，且对环境没有太大影响。所以如何去除水体中有机污染物是一个具广泛应用范围的研究方向

2、近年来，为了克服水体中有机物污染的挑战，现阶段开发出了众多处理技术，例如吸附、电化学氧化、臭氧氧化、光催化氧化、高级氧化等技术，这些技术在去除水体中有机污染物领域取得了重大突破。其中高级氧化法技术凭借反应速度快、处理效率高、氧化能力强等优点在去除水体中有机污染物方面得到了广泛的关注。大量研究显示，co基催化剂是高效的pds活化催化剂，其具有高氧化还原电位可以实现高效自循环，进行催化降解。co基催化剂中设计构造同时具有co团簇和co单原子的催化剂，可以提高co原子利用率，在实际催化应用中具有高催化效率、强抗干扰能力的以实现水体中有机污染物的高效降解。使用负载在氮掺杂中空碳上同时具有co团簇和分散原子的co基催化剂作为pds活化催化剂用于高效去除水中有机污染物的的技术方案新颖且有广适用性，。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明目的在于提供一种用于氧化法去除水中有机污染物的co基催化剂的制备及其应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明的第一方面，是提供一种用于氧化法去除水中污染物的co基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将制备的zif-8@k-ta充分溶解于甲醇，到完全分散后加入co(no3)2·xh2o；

4、(2)将(1)中充分混合后的溶液，使用磁力搅拌器进行充分的离子交换，后进行离心分离，获得沉淀物置于80℃烘箱中烘干,获得zif-8@co-ta；

5、(3)将(2)中获得的产物zif-8@co-ta置于管式炉中，900℃持续180min，之后冷却至室温获得xco@h-co-nx-c；

6、(4)将(3)中获得的xco@h-co-nx-c分散于去离子水中，然后移入反应釜中，加入盐酸和少量硝酸后将反应釜拧紧，置于120℃烘箱中放置12h-24h后，取出冷却至室温；

7、(5)将(4)离心后沉淀物，使用去离子水和乙醇多次洗涤离心，将离心后的沉淀物置于80℃烘箱烘干；

8、(6)将(5)中获得的沉淀物碾碎为粉末状，均匀平铺在瓷舟底部置于管式炉中，900℃持续180min，之后自然冷却至室温，将产物研磨之后获得负载在氮掺杂中空碳上的同时具有co团簇和co分散原子的co基催化剂。

9、优选的，在步骤(1)，zif-8@k-ta与甲醇的质量比为(1～1.5)：(25～50)；,zif-8@k-ta与co(no3)2·xh2o质量比为(4～5)：(1～2)。

10、优选的，在步骤(2)，离子交换搅拌2～3h，搅拌转速为300～500rpm,。

11、优选的，在步骤(3)，管式炉升为时间为300min，为氩气氛围下进行，烘箱中烘干时长1～3h，期间多次碾碎后继续烘干。

12、优选的，在步骤(4)，盐酸溶液的质量分数为20％～30％，硝酸溶液的质量分数为1％～3％。

13、优选的，在步骤(5)，先使用去离子水洗涤离心2～5次，之后使用乙醇洗涤1～3次。

14、本发明的第二方面，是本发明第一方面的制备方法所制得的co基催化剂，为负载在氮掺杂中空碳上的同时具有co团簇和分散原子的co基催化剂co@h-co-nx-c。

15、本发明的第三方面，是将本发明第二方面的co基催化剂，作为pds活化催化剂在对水溶液中有机污染物的高效降解的应用。

16、优选的，所述水溶液中的有机污染物，包括：罗丹明b、双酚a、四环素或氧氟沙星；所述水溶液中的阴离子包括co32-、so42-、no3-、cl-、ch3coo-、hco3-、hpo42-、h2po4-。

17、优选的，所述水溶液的水体包括河水、湖水、地下水、自来水，材料与有机污染物的质量比为1:12，材料与pds的质量比为1:10。

18、如图1-2所示，本发明使用了上述技术方案所述的制备方法制得的负载在氮掺杂中空碳上的co基催化剂，该催化剂同时具有co团簇和分散原子的co。

19、本发明还提供了上述技术方案所述的co基催化剂(co@h-co-nx-c)作为pds活化催化剂可以实现对水中有机污染物的高效降解的应用，作为pds活化催化剂可以在阴离子干扰的情况下，依然实现对水中有机污染物的高效降解，可扩展应用于受有机物污染的自然水体的净化。

20、本发明的有益效果如下。

21、本发明的co基催化剂制作成本相对较低，制备方案简单，易储存和运输。实施例的数据表明，本发明提供的制备方法制得的具有co团簇和分散原子的co基催化剂，为中空碳结构，比表面积较大。

22、本发明制备的co基催化剂同时具有co团簇和co单原子的催化剂，可以提高co原子利用率，在实际催化应用中具有高催化效率、强抗干扰能力的以实现水体中有机污染物的高效降解。使用负载在氮掺杂中空碳上同时具有co团簇和分散原子的co基催化剂作为pds活化催化剂可应用于高效去除水中有机污染物的。图3-7展示了co基催化剂作为pds催化剂高效催化降解罗丹明b、双酚a、四环素、氧氟沙星。图8展示co基催化剂作为pds催化剂分别在co32-、so42-、no3-、cl-、ch3coo-、hco3-、hpo42-、h2po4-阴离子条件下对有机污染物的高效降解。图9展示co基催化剂作为pds催化剂在自然水体河水、湖水、地下水、自来水中的高效降解。

技术特征：

1.一种用于氧化法去除水中污染物的co基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤(1)，zif-8@k-ta与甲醇的质量比为(1～1.5)：(25～50)；,zif-8@k-ta与co(no3)2·xh2o质量比为(4～5)：(1～2)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤(2)，离子交换搅拌2～3h，搅拌转速为300～500rpm,。

4.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤(3)，管式炉升为时间为300min，为氩气氛围下进行，烘箱中烘干时长1～3h，期间多次碾碎后继续烘干。

5.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤(4)，盐酸溶液的质量分数为20％～30％，硝酸溶液的质量分数为1％～3％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤(5)，先使用去离子水洗涤离心2～5次，之后使用乙醇洗涤1～3次。

7.一种由权利要求1～6中任意一项所述的制备方法制得的co基催化剂，为负载在氮掺杂中空碳上的同时具有co团簇和分散原子的co基催化剂co@h-co-nx-c。

8.一种权利要求7所述的co基催化剂，作为pds活化催化剂在对水溶液中有机污染物的高效降解的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，所述水溶液中的有机污染物，包括：罗丹明b、双酚a、四环素或氧氟沙星；所述水溶液中的阴离子包括co32-、so42-、no3-、cl-、ch3coo-、hco3-、hpo42-、h2po4-。

10.根据权利要求8所述的应用，所述的水溶液的水体包括河水、湖水、地下水、自来水，材料与有机污染物的质量比为1:12，材料与pds的质量比为1:10。

技术总结
一种用于氧化法去除水体中有机污染物的Co基催化剂的制备方法，以ZIF‑8@K‑TA为前驱体通过离子交换的方式在ZIF‑8表面形成TA‑Co2+和Co纳米颗粒，然后进行热处理，酸洗，离心，热处理，形成负载在氮掺杂中空碳上同时具有Co团簇和分散原子的Co基催化剂；该Co基催化剂能够作为PDS活化催化剂对水中多种有机物污染物进行降解，并能实现去除率达96％以上，在阴离子干扰的情况下，其依然可以实现对水中有机污染物的高效降解，应用于受有机物污染的自然水体，其依旧可以保持优异的降解效果；所制备的Co基催化剂，制作成本相对较低，制备方案简单，易储存和运输，作为PDS活化催化剂可以有效地对水体中的有机污染物进行降解，在相应工业废水处理领域有广阔的应用前景。

技术研发人员：杨慧,李阳,刘晓露,张新月,陈中山,王祥科
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15