[发明专利]一种高分子聚合物载体包覆过渡金属掺杂硫化钼纳米颗粒复合催化材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种高分子聚合物载体包覆过渡金属掺杂硫化钼纳米颗粒复合催化材料的制备及应用，该复合催化材料是以高分子聚合物作为载体，包覆过渡金属掺杂硫化钼纳米颗粒。本发明的复合催化材料性能优异、机械强度高、比表面积大、孔隙结构丰富、亲水性能强，基于其构建的一体化甲酸耦合催化反应器可高效还原重金属六价铬污染物。

技术领域

本发明涉及无机催化剂制备技术领域，具体涉及一种高分子聚合物载体包覆过渡金属掺杂硫化钼纳米颗粒复合催化材料的制备及应用。

背景技术

随着电镀、颜料、皮革生产、化工和车辆等行业的迅猛发展，产生大量的铬渣、制革污水以及电镀废水等重金属污染物。其中六价铬毒性极大，致癌、致畸、致突变作用明显，严重影响人类健康和生态环境安全。因此如何有效解决六价铬污染问题已然成为当前研究热点。

当前，水体中六价铬的处理技术主要包括物理吸附法、生物膜分离法以及化学法。而化学法中主要包括电化学法、光催化还原法以及化学还原法。其中化学还原法因其工艺简单、反应迅速、效果明显而受到广泛关注。在化学还原法中，利用贵金属基复合催化剂催化还原六价铬是最为常见的方法之一。但因其价格昂贵、重复利用性差、易失活等致命缺点限制其大规模生产应用。因此采用成本低廉的非贵金属基纳米复合催化剂取而代之成为当下热点。目前非贵金属基纳米复合催化剂耦合甲酸催化还原六价铬性能优异、重复利用性高、绿色高效、成本低廉，在六价铬污染物治理领域极具前景。

纳米尺寸过渡金属硫化钼是一种典型的层状结构非贵金属基催化剂，其高的比表面积和表面活性以及独特的电子结构使其具有类似于贵金属的催化活性。其中过渡金属掺杂可以有效提高硫化钼表面活性。硫化钼独特的纳米结构、电子特性及物化性能使其具有优异的催化活性。但是复合材料金属纳米颗粒易聚集、流失、毒化失活、难以回收以及对水体造成的二次污染等问题严重制约了催化剂的进一步应用。为了克服上述缺陷，可将过渡金属硫化钼沉积包覆于载体中。因此如何选取载体显得尤为重要。

高分子聚合物载体具有化学稳定高性、耐酸碱、耐高温、结构稳定、柔性好且粘附力小等特性，被认为是最优异包覆材料之一。其大的比表面积、高的孔隙率、较高的通量、表面亲水性、高污染恢复率以及高截留率使其在重金属处理中具有广泛前景。此外，过渡金属硫化钼可作为成孔剂促进高分子聚合物载体形成多孔结构，增强高分子聚合物载体亲水性。反之，高分子聚合物载体大的比表面积促使过渡金属硫化钼均匀分散在载体表面，过渡金属硫化钼将会有更多的活性位点，生成物更容易脱离避免活性位点堵塞，提高反应效率。再者，高分子聚合载体为粉体催化剂提供良好着陆点，解决粉体催化剂不易回收、聚集、失活、离子浸出等技术问题。

专利CN108786855A公开一种介孔二硫化钼可见光催化剂材料的制备方法及其在降解抗生素废水领域中的应用，特别是在高浓度盐酸四环素和磺胺二甲基嘧啶抗生素中的应用。该专利合成的硫化钼性能较差、分散度低，难以快速降解难降解污染物，且无载体包覆形貌不可控，离子浸出大。专利CN108023080A公开了一种过渡金属掺杂二硫化钼材料的制备方法及其所得材料和应用，该专利通过在乙醇中加入钼源、硫源及过渡金属盐混合搅拌后进行高温煅烧得到过渡金属掺杂二硫化钼材料，但该方法所得粉体催化剂存在易失活、团聚、产生相当的离子浸出、不易回收等技术缺点。专利CN108993443A公开了一种氯化银@聚醚砜复合材料的制备方法，是将氯化钠和硝酸银混合后抽滤干燥，然后与聚醚砜溶解在极性溶剂中刮成材料。该方法不仅流程复杂、合成时间长，且离子浸出大，造成水体二次污染，聚合物稳定性差，循环再生性不足。专利CN107469646A将Ag₃PO₄/TiO₂复合光催化剂应用于聚偏氟乙烯的共混改性，制备一种新型Ag₃PO₄/TiO₂-聚偏氟乙烯改性复合材料。该方法所得聚偏氟乙烯机械强度高、抗污性好等优点，但同时存在原料价格昂贵、合成时间长，耗能高，工艺复杂、操作不可控，不利于大规模生产。