一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂，本发明涉及一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水环境和水体资源中有机污染物的存在对人类健康构成了极大的威胁。基于过硫酸盐活化的高级氧化技术可产生强活性的羟基自由基、硫酸根自由基、单线态氧等活性物，能够快速深度氧化有机物，且该技术ph适用范围更宽，在污染物处理领域已展现出重要的应用前景。

2、过硫酸盐活化的方式包括热活化、电活化、超声活化、微波活化、以及光活化等，其中，过渡金属活化由于高效快速、操作简单、能耗低而受到广泛关注。相比于均相催化活化，异相催化剂具有较易回收、二次污染小的优点。但异相催化剂需要解决反应过程中稳定性差、金属离子脱落的关键问题。传统的载体负载型催化剂由于催化剂暴露在外表面，反应过程中随着载体与催化剂作用的变化，很容易发生催化剂脱落的情况，从而导致其循环性能变差，难以在实际应用中发挥作用。

技术实现思路

1、为了克服过硫酸盐活化异相催化剂使用过程中存在的催化剂脱落和稳定性差的不足，本发明的其中一个目的是提供一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂，通过离子交换和高温处理使氧化钴限域在钛酸钠的片层结构中，可有效克服催化剂稳定性弱的缺陷。

2、本发明的另一目的在于提供一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂制备方法。

3、本发明的再一目的是提供一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂在活化过硫酸盐降解对氯苯酚中的应用。

4、实现本发明目的（1）的技术解决方案为：一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂，纳米氧化钴颗粒限定分布在钛酸钠片层结构之中，纳米氧化钴颗粒尺寸为1.5-2.0 nm，分散性良好。

5、实现本发明目的（2）的技术解决方案为：一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂的制备方法，所述方法包括以下具体步骤：

6、步骤1、在钛酸钠悬浮液中加入一定量的盐酸溶液，搅拌处理一定时间，随后，离心洗涤多次，所得离心产物分散在去离子水中；

7、步骤2、向步骤1所得离心产物体系中加入一定量的六水合氯化钴，搅拌一定时间后离心，所得产物干燥；

8、步骤3、将步骤2干燥后的产物置于空气气氛中，于600-1000 oc下热处理4-8小时，即得到所述催化剂。

9、较佳的，步骤1中，钛酸钠悬浮液的浓度为0.01-0.1 g/ml，钛酸钠悬浮液的溶剂为去离子水。

10、较佳的，步骤1中，盐酸溶液的浓度为0.1-1.0 mol/l，所加盐酸溶液质量与钛酸钠的质量比为0.05~0.2:1，搅拌处理时间为1-2小时。

11、较佳的，步骤2中，六水合氯化钴与钛酸钠的质量比为0.04~0.1:1，搅拌时间为12-24小时。

12、实现本发明目的（3）的技术解决方案为：所述钛酸钠载体限域氧化钴催化剂在活化过硫酸盐降解对氯苯酚中的应用，反应条件为催化剂浓度0.2-1.0 g/l，过硫酸盐浓度0.2-1.0 g/l，对氯苯酚浓度5-50 mg/l。

13、本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）本发明提供了一种简单的离子交换法合成钛酸钠载体限域氧化钴催化剂，钛酸钠原料易得、价格便宜，制备方法简便，可大规模合成；（2）氧化钴颗粒尺寸在1.5-2.0 nm，尺寸小，有利于表面原子的高效利用；（3）氧化钴催化剂限域在钛酸钠片层结构中，受空间限域作用，氧化钴颗粒较稳定，不易脱落，催化反应过程中未检测到钴离子的脱落。

技术特征：

1.一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂，其特征在于，纳米氧化钴颗粒限定分布在钛酸钠片层结构之中，纳米氧化钴颗粒尺寸为1.5-2.0 nm。

2.如权利要求1所述的钛酸钠载体限域氧化钴催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下具体步骤：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，钛酸钠悬浮液的浓度为0.01-0.1 g/ml，钛酸钠悬浮液的溶剂为去离子水。

4. 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，盐酸溶液的浓度为0.1-1.0mol/l，盐酸溶液与钛酸钠的质量比为0.05~0.2:1，搅拌处理时间为1-2小时。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，六水合氯化钴与钛酸钠的质量比为0.04~0.1:1，搅拌时间为12-24小时。

6.如权利要求1所述的钛酸钠载体限域氧化钴催化剂在活化过硫酸盐降解对氯苯酚中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，反应条件为：催化剂浓度0.2-1.0 g/l，过硫酸盐浓度0.2-1.0 g/l，对氯苯酚浓度5-50 mg/l。

技术总结
本发明公开了一种钛酸钠载体限域氧化钴催化剂及其制备方法和应用，涉及催化剂技术领域。本发明是通过将钛酸钠载体中的钠离子与水溶液中钴离子交换，进而在空气中高温处理得到钛酸钠片层结构限域氧化钴催化剂，其中，纳米氧化钴颗粒尺寸为1.5‑2.0 nm，该催化剂可高效用于过硫酸盐的活化以及对氯苯酚的降解，且催化反应过程中未检测到钴离子的脱落，该钛酸钠载体限域氧化钴催化剂具有优异的稳定性。

技术研发人员：姚霞喜,胡秀丽,朱大洋,苏旭辉
受保护的技术使用者：常熟理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15