[发明专利]一种可高效活化过硫酸盐的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可高效活化过硫酸盐的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂及其制备方法和应用。该铁酸钴/蒙脱石催化剂为铁酸钴、蒙脱石和C的复合物，所述复合物中铁酸钴的质量分数为40～75％，所述复合物中蒙脱石的质量分数为20～50％。本发明提供的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂具有较大的比表面积，强的催化特性和良好的化学稳定性，将其活化过硫酸盐去除四环素时，可增多催化活性位点，pH使用范围宽，去除四环素效率高且再生利用性强。

技术领域

本发明属于水污染控制领域，具体涉及一种可高效活化过硫酸盐的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着制药和农业养殖业的快速发展，饮用水和废水中的抗生素严重超标排放。四环素作为一种广泛使用的广谱抗生素和世界上第二大最普遍的抗生素，由于过度使用，通过生物蓄积和食物链给人类带来巨大威胁。虽然利用物理吸附、生物降解和化学反应等各种技术能够去除过量的四环素，但由于越来越严格的水质排放标准，这些方法不适合继续使用。因此，迫切需要探索经济、环保、高效的技术来解决水环境中的四环素污染问题。最近，基于过硫酸盐的高级氧化工艺由于反应选择性、宽的pH范围、长的半衰期和高的氧化电位在处理难降解有机污染物方面受到广泛关注。通过均相催化方式活化过硫酸盐能够有效的降解有机物，但面临药剂投加量大，易流失和成本过高等缺点，因此，目前大量研究集中于非均相催化剂的研发。高效非均相催化剂要求反应活性高、稳定性强、电导率优良等优点，不仅能够高效的活化过硫酸盐产生自由基，也能在催化剂和目标污染物之间快速传递电子。但是，单一的催化材料不能同时具备以上需求，而通过将不同的催化组分复合在一起形成具有特定结构的复合催化材料，从而高效促进催化特性。

尖晶石钴铁氧纳米粒子在活化过硫酸盐过程中表现出金属离子的低浸出和有效的催化活性。然而，钴铁氧纳米粒子由于具有很大的表面能，在降解目标污染物过程中容易聚集和溶解，这将极大地降低可用的反应位点和比表面积。专利CN105399197A通过制备三维磁性有序介孔铁酸钴来实现对过硫酸盐的较好活化，但类似的专利报道较少。因此，开发对过硫酸盐具有较好活化作用的新型催化剂具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有尖晶石钴铁氧纳米粒子在活化过硫酸盐过程中存在易聚集、溶解，导致可用的反应位点少和比表面积小的缺陷或不足，提供一种可高效活化过硫酸盐的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂。本发明提供的铁酸钴/蒙脱石/C催化剂具有较大的比表面积，强的催化特性和良好的化学稳定性，将其活化过硫酸盐去除四环素时，可增多催化活性位点，pH使用范围宽，去除四环素效率高且再生利用性强。

本发明的另一目的在于提供上述铁酸钴/蒙脱石/C催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述铁酸钴/蒙脱石/C催化剂在降解有机污染物中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种可高效活化过硫酸盐的铁酸钴/蒙脱石催化剂，为铁酸钴、蒙脱石和C的复合物，所述复合物中铁酸钴的质量分数为40～75％，所述复合物中蒙脱石的质量分数为20～50％。

蒙脱石是一种具有二维层状结构的天然粘土矿物，通常被用作金属氧化物催化剂的模板材料。其二维片层结构包含两个外四面体硅层和内八面体薄片。八面体薄片中的铝原子通常可以用镁原子代替。此外，Al和Mg在价态中的差异可以在八面体平面上产生负电荷分布，这将通过调节蒙脱石表面的结晶度来阻止钴铁氧纳米粒子的团聚此外，蒙脱石中含有丰富的羟基可作为活化过硫酸盐的活性位点。

C元素的引入不仅能够增强催化剂的活性位点，而且能够有效吸附水中有机污染物，为有机物降解提供良好的微环境。