[发明专利]利用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂处理有机污染物的方法

说明书

本发明公开了一种利用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂处理有机污染物的方法，该方法采用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂对有机污染物进行催化处理，其中壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒，活性焦表面修饰壳聚糖形成壳聚糖/活性焦复合物，壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。本发明中，通过采用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂对有机污染物进行催化处理，能够在较短的时间内快速、彻底地催化还原有机污染物，从而实现对有机污染物的有效降解。本发明方法具有工艺简单、易操作、处理成本低、处理效率高、处理效果好等优点，有着很好的应用价值和应用范围。

技术领域

本发明属于纳米金属催化剂制备技术领域，涉及到一种利用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂处理有机污染物的方法。

技术背景

硝基芳香化合物是一类有毒的和抗生物降解的有机污染物，是化工生产中重要的原料和中间产物。随着化工产业的发展，硝基芳香化合物也通过多种途径进入环境中，污染环境、危害人体健康。同时，硝基芳香化合物的还原产物氨基酚是一类重要的化工和医药中间体，用于合成染料、医药、合成树脂、表面活性剂及其他化工产品。偶氮染料含有一个或者多个偶氮键的化合物，具有高毒性和抗生物降解性，也是一种有机污染物。在纺织制造业和其他行业中广泛使用偶氮染料，对环境有害，对人体健康有致癌风险。

在传统技术中，通常处理方法硝基芳香化合物和偶氮染料的方法有吸附法、生物降解法、电化学还原法等，但吸附法只能将污染物从一个相态转变到另一个相态，生物降解法效率低、处理效果不佳，电化学还原法的成本过高、操作比较复杂。因此，寻找一种简单易行的方法将硝基芳香化合物中的不饱和基团-硝基催化还原成氨基不仅可以有效地降低硝基芳香化合物对环境和人体的危害，还可以实现有机原料相互转化。

目前，在现有的催化技术中，贵金属纳米材料有着独特的物理和化学性质，在催化领域吸引了广泛的关注。近年来，有许多研究报道贵金属纳米颗粒在催化还原硝基芳香化合物的反应中具有很高的活性，尤其是具有高比表面积、低毒性的纳米金。然而，在现有纳米金催化剂中，由于纳米金粒径小、表面活化能高，极易团聚，从而使得反应活性显著降低。基于上述问题，研究者尝试将纳米金颗粒负载在载体上来提高催化剂的活性和稳定性。虽然具有低毒性、高比表面积的负载型纳米金催化剂在低温催化氧化CO、电化学还原CO₂、催化还原硝基芳香烃等方面引起许多学者的研究，然而现有负载型纳米金催化剂中，还原处理硝基芳香化合物和偶氮染料的效果不佳、催化效率不理想。另外，碳材料如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯（氧化石墨烯）、介孔碳等常被作为纳米金的载体材料，但是这些载体材料存在成本高、机械强度低、孔隙结构欠发达等问题，且这些碳材料的获取途径较为复杂，难以获取得到，同时由于这些碳材料的化学惰性，与纳米金的相互作用力较弱，使得其负载纳米金具有一定挑战性，如纳米金容易流失，催化剂活性下降明显，循环稳定性不高等，因此能否进一步增强纳米金与碳载体之间的结合力是目前负载型纳米金催化剂所关注的问题之一。现有负载型纳米金催化剂的制备方法包括浸渍法、沉积-沉淀法、共沉淀法、化学气相沉积法等，这些方法存在以下缺点：纳米金负载不完全、制备过程重复性差、极易受溶剂化效应和金属组分的团簇效应影响，从而导致纳米金分散性差、催化剂结构不稳定（稳定性差）、贵金属用量过高，且制备过程中需要加入硼氢化钠、联氨等化学试剂，而这些化学试剂会对环境造成二次污染，不符合绿色化学的主题。此外，现有沉积-沉淀法、浸渍法等方法难以实现纳米金高分散负载在碳载体材料上。因此，获得一种纳米金颗粒分散性好、机械强度高、稳定性好、催化活性好的负载型纳米金催化剂，对于有效治理有机污染物（如硝基芳香化合物和偶氮染料）具有十分重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、易操作、处理成本低、处理效率高、处理效果好的利用壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂处理有机污染物的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：