磁性介孔碳載鈷催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性固定化催化劑和染料污染物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁性介孔碳載鈷催化劑，還涉及該磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法和在降解偶氮染料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]偶氮染料類有機污染物具有難生物降解，毒性較大，色度高等特征，是水污染控制領(lǐng)域的重要內(nèi)容。在眾多的物理法、化學(xué)法和生物處理法中，化學(xué)氧化法具有處理效率高，適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，但是也存在二次污染的不足。近年來，基于催化反應(yīng)的高級氧化技術(shù)處理偶氮染料引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的芬頓高級氧化技術(shù)依靠雙氧水和亞鐵離子反應(yīng)生成高活性的羥基自由基，可以處理大部分有機污染物，且操作較簡單，處理效率較高。但是該化學(xué)氧化法的PH適應(yīng)范圍窄，污泥產(chǎn)生量大。
[0003]如何高效處理偶氮染料，同時又不造成二次污染成了污染技術(shù)領(lǐng)域丞待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種處理效率高、二次污染極低、可重復(fù)利用的磁性介孔碳載鈷催化劑，還提供了一種制備方法簡單的磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法；該磁性介孔碳載鈷催化劑可應(yīng)用于偶氮染料的去除。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種磁性介孔碳載鈷催化劑，該磁性介孔碳載鈷催化劑以磁性介孔碳為載體，鈷離子通過等體積浸漬法固定到磁性介孔碳，鈷的質(zhì)量百分含量為2.5%?4.5%。
[0006]作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了上述的磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法，包括以下步驟:
51、采用模板法制備磁性介孔碳；
52、在步驟SI中制備得到的磁性介孔碳中滴加超純水，使磁性介孔碳吸水飽和，得到單位重量載體的飽和吸水量；
53、按照步驟S2中單位重量載體的飽和吸水量，在步驟SI中制備得到的磁性介孔碳中滴加相同體積的硝酸鈷溶液，浸漬24 h?36 h得到浸漬有鈷的磁性介孔碳；
54、將浸漬有鈷的磁性介孔碳烘干、研磨成粉末、煅燒，完成磁性介孔碳載鈷催化劑的制備。
[0007]上述的制備方法，優(yōu)選的，硝酸鈷溶液的滴加量為磁性介孔碳的飽和吸水量。
[0008]上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟S4中煅燒溫度為450°C?550°C。
[0009]作為本發(fā)明的同一技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種采用前述的磁性介孔碳載鈷催化劑或采用前述制備方法制得的磁性介孔碳載鈷催化劑在降解偶氮染料中的應(yīng)用。
[0010]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，應(yīng)用方法為:在偶氮染料中加入單過硫酸鹽和磁性介孔碳載鈷催化劑，通過振蕩處理完成對偶氮染料的降解。
[0011]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，完成對偶氮染料降解后，在反應(yīng)體系中加入甲醇，終止催化反應(yīng)。
[0012]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，磁性介孔碳載鈷催化劑的濃度為0.1 mg/mL?0.2 mg/mL ；單過硫酸鹽的濃度為0.614 mg/mL?0.920 mg/mL。優(yōu)選的，單過硫酸鹽為過硫酸氫鉀復(fù)合土卜
ΠΤΤ.0
[0013]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，振蕩處理的速度為150 r/min?200 r/min，振蕩處理時間為30 min ?45 min。
[0014]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，偶氮染料的濃度為50 mg/L?300 mg/L。
[0015]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，偶氮染料為亞甲基藍。
[0016]本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:
本發(fā)明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑，將過渡金屬Co2+負(fù)載的磁性介孔碳上，一方面，過度金屬Co2+催化過硫酸氫鉀復(fù)合鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，而硫酸根自由基的具有強氧化性，在pH=2?8的范圍內(nèi)，對大部分有機污染的降解效率都高，且催化劑用量少，反應(yīng)條件簡單溫和，自由基生成率高，是一種較好的產(chǎn)生硫酸根自由基的方法。
[0017]雖然金屬鈷可以催化PMS產(chǎn)生高氧化性能的硫酸自由基來分解酚類、染料、除草劑等污染物，但是鈷是一種對環(huán)境和人類健康有毒害作用的重金屬，能夠引起哮喘、肺炎等肺部疾病。降解完成后，需要將鈷從溶液中分離回收處理，增加了整個操作過程的難度和成本。本發(fā)明將金屬鈷固定在載體上面，采用非均相催化體系來實現(xiàn)降解過程。
[0018]磁性介孔碳是一種兼具介孔性和磁性的功能材料，其介孔性質(zhì)既能帶來大的比表面積，又能提供孔結(jié)構(gòu)用于固定目標(biāo)物，同時減小接觸阻力。使用介孔材料來固定催化劑載體的時候，負(fù)載容量高，且催化劑是以納米尺寸被固定在介孔上面的，因此暴露的面積大，易于和催化底物接觸，大大提高催化效率，甚至達到均質(zhì)催化系統(tǒng)的效果。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑，將過渡金屬Co2+負(fù)載的磁性介孔碳上，其中過度金屬Co2+催化過硫酸氫鉀復(fù)合鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，通過硫酸根自由基的強氧化性催化偶氮染料，具有催化劑用量少、反應(yīng)條件簡單溫和、自由基生成率高等優(yōu)勢，鈷的負(fù)載量可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
[0020](2)本發(fā)明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑，Co2+負(fù)載在磁性介孔碳上，得到的磁性介孔碳載鈷催化劑具有順磁性，在水溶液中分散均勻，在外加磁場的作用下，容易從液相中快速分離。
[0021](3)本發(fā)明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法，其工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0022](4)本發(fā)明提供了一種磁性介孔碳載鈷催化劑在處理偶氮染料中的應(yīng)用，基于磁性介孔碳載鈷催化劑產(chǎn)生硫酸根自由基的原理，氧化處理效率高、無二次污染、催化劑使用壽命長、再生容易，在有機污染物廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例1制得的磁性介孔碳的透射電鏡圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例1制得的磁性介孔碳載鈷的XRD圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例2中磁性介孔碳載鈷和單過硫酸鹽體系處理亞甲基藍的效果圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實施例3中磁性介孔碳載鈷催化劑多次重復(fù)利用的效果圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0029]以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。
[0030]實施例1:
本發(fā)明的一種磁性介孔碳載鈷催化劑的制備方法，包括以下步驟:
S1、采用模板法制備磁性介孔碳，其具體制備方法如下:
Sl-1:稱取0.1062g的草酸，2.1650 g的九水硝酸鐵，置于一個小燒杯中，準(zhǔn)確移取20ml乙醇加到上述小燒杯中，攪拌使草酸和九水硝酸鐵溶解，得到混合溶液。
[0031]S1-2:稱取2.0177g的SBA-15于坩禍中，將Sl-1步驟中的混合溶液快速倒入坩禍中，并不停的攪拌坩禍中的物質(zhì)；然后用移液器取3.0 mL的糠醇，攪拌條件下快速加入坩禍中，不停攪拌直至坩禍中物質(zhì)呈糊狀，接著用保鮮膜封口，將坩禍放入烘箱，調(diào)節(jié)烘箱溫度為90 °C，保持12 ho
[0032]S1-3:然后，將坩禍從烘箱中取出，研磨坩禍中的物質(zhì)成粉狀，然后將粉末狀的物質(zhì)以2°C /min的升溫速率升溫至90