[发明专利]一种利用金属离子掺杂MoS2

说明书

本发明公开了一种金属离子参杂MoS₂活化单过硫酸盐降解PPCPs的方法，属于污水处理领域。本发明利用金属离子参杂MoS₂产生更多硫空穴及不同价态的金属离子能够很好的活化单过硫酸盐，形成自由基，从而利用自由基氧化降解污染物。其中，合成催化剂的钼盐及硫源材料成本较低，且催化剂投加较少，具有经济效益。本发明对处理水体中的有机污染物展示了广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于水体污染处理技术领域。更具体地，涉及金属离子掺杂MoS₂材料制备方法及降解水中PPCPs的应用。

背景技术

近年随着人们生活水平及工业水平的不断提高；为满足人们需求的多样化及功能化，越来越多的化学工业品被生产；并随着生产、使用等过程将其主副产物不断排放进入生态环境，成为新兴污染物。其中，药物及个人护理用品（PPCPs）作为一类新兴污染物先后在污水、地表水、地下水、土壤中频繁被检出，且被证明可能对生态环境和人类健康具有一定的风险。 PPCPs类物质具有产量大、使用范围宽、难生物降解等特点，成为水污染处理过程急需考虑的物质。

高级氧化技术（advanced oxidation process，AOPs）指通过外界能量（光、电、声、磁、热等）和氧化性物质持续输入，产生具有强氧化性活性自由基来实现难降解有机物的分解和无机矿化，具有处理时间短、降解效率高、适用范围广等优点，在难降解有机废水处理领域颇具应用前景。基于硫酸根自由基的高级氧化技术，具有氧化能力高2.5-3.1V，pH适用范围广，半衰期长（30-40μs）、易操作等优点。利用热、超声、紫外光、碱等活化氧化物方式需要大量能量的投入，采用过渡金属离子能量投入较少，其中非均相过渡金属离子活化过硫酸盐耗能低、适用范围广；并避免了均相金属离子活化中受pH条件限制、金属离子用量大、易与水体中其他有机物络合、难以回收利用等问题。因此，合成高性能的催化材料，对基于硫酸根自由基的高级氧化技术应用至关重要。

然而，目前采用非均相材料活化单过硫酸盐（peroxymonosulfate, PMS）降解污染物的过程中，主要存在催化剂活性低、成本高、离子溶出等问题。

MoS₂有H（hexagonal）、T（tetragonal）和R（rhombohedral）相，其中2H相较稳定，而T相具有较好的活性。MoS₂非均相材料主要用于电化学和清洁能源（产生氢气）领域；目前，基于MoS₂的氧化还原性及电子传输能力，其催化方面（光催化、高级氧化）受到越来越多的关注。例如，Guo等人合成WO₃@MoS₂/Ag空心纳米管可形成异质结利用光催化活化PMS降解有机污染物，而 Zhang 等人利用合成T-MoS₂薄膜活化PMS降解酚类化合物。MichaelRajamathi等人将钴掺杂在1T-MoS₂纳米片对芳硝基化合物还原性得到提高，证明金属掺杂可得到氧化还原性更好的材料。尽管有对MoS₂采用薄膜或纳米片等形式的掺杂研究，但在水体污染处理技术领域，通过对MoS₂掺杂金属进而活化单过硫酸盐对水体中的PPCPs进行处理的研究国内外未曾见到。

发明内容

本发明主要提供一种成本低、效率高的金属离子掺杂MoS₂催化剂活化单过硫酸盐、对有机废水水体中的PPCPs进行高效降解处理的方法。

本发明的目的在于合成金属离子掺杂MoS₂非均相材料作为催化剂，对单过硫酸盐活化后降解水体中的PPCPs污染物。其中金属离子掺杂MoS₂作为催化剂，单过硫酸盐(PMS)作为氧化剂，单过硫酸盐主要有钠盐、铵盐和钾盐，其中常用钾盐Oxone。本发明对水体中PPCPs具有较好降解效果，在催化剂、PMS用量方面具有很好的优势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：