[发明专利]一种基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的制备方法包括：将铁与钴的摩尔比为大于0.5且小于3.0的钴掺杂的铁基金属有机骨架材料进行碳化，所得产物与酸混合，去除产物表面金属氧化物，得到本发明催化剂。与常规催化剂相比，本发明制备的电芬顿催化剂有更高的催化活性、更好的稳定性，且更加绿色环保，是一种性能优异、应用前景好的新型非均相电芬顿催化剂，可广泛用于去除水体中的抗生素，使用价值高，应用前景好；同时，本发明制备方法还具有工艺简单、操作方便、耗能低、不产生有毒有害物质、环境友好等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明领域属于催化材料技术领域，涉及一种电芬顿催化剂的制备及其应用，具体涉及一种基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，抗生素(如四环素)被广泛应用于人类治疗、动物疾病控制以及农业饲料添加剂等领域。然而，超过75％的抗生素会以活性形式通过人和动物的尿液和粪便进入到自然环境中，对公众健康和生态系统构成了严重威胁。因此，急需找到一种合适的方法以有效去除环境中的抗生素。

对于抗生素废水而言，常用处理方法有吸附、生物降解以及高级氧化。电芬顿法由于其能产生具有强氧化性自由基羟基自由基，同时原位产生过氧化氢、操作简便等优点，被认为是一种降解水环境中抗生素十分有效的方法。然而，对于传统的均相电芬顿，不仅需要使溶液的pH保持在强酸性条件下(pH＝3.0)，而且二价铁离子的投加还会导致铁泥的大量产生造成二次污染等弊端。为了克服这些缺点，采用了pH适用范围广、稳定性好的非均相电芬顿催化剂来取代均相电芬顿催化剂。常用的非均相催化剂主要是铁氧化物以及其他过渡金属氧化物，但这些催化剂仍然存在催化效果不佳和循环性能差等缺点，这极大的限制了电芬顿催化剂的广泛应用。另外，研究人员提出了一种以铁掺杂的钴基金属有机骨架为原料制备的铁、钴、氮共掺杂炭催化剂，该铁、钴、氮共掺杂炭催化剂主要是作为燃料电池和金属空气电池中的催化剂，用于实现氧气的还原反应，然而，该铁、钴、氮共掺杂炭催化剂中铁基和钴基金属颗粒均匀分散在多孔碳网络上，但铁基和钴基金属颗粒并不能牢固的固定或封装在多孔碳中，因而该铁、钴、氮共掺杂炭催化剂用于处理水相中的污染物时，催化剂中的铁基和钴基金属容易从多孔碳上脱落、分离，甚至会导致失效，同时，若将其作为非均相电芬顿催化剂用于进行电芬顿催化反应时，多孔碳表面的铁基和钴基容易转化成相应的金属离子，因而会出现大量的金属离子浸出并进入出水液相中，最终造成出水的二次污染；特别的，该制备方法，要求铁掺杂的钴基金属有机骨架中铁钴的摩尔比小于0.5，若超过0.5，则制备出来的骨架材料则会坍塌，与此同时，若铁钴的摩尔比小于0.5，不利于提高催化剂中铁的含量，难以有效提高催化活性，因而难以提高电芬顿降解抗生素的效率。基于上述原因，现有铁、钴、氮共掺杂炭催化剂作为非均相电芬顿催化剂用于处理抗生素废水时，仍然不能实现对废水中抗生素的有效去除，因而现有铁、钴、氮共掺杂炭催化剂并不能作为非均相电芬顿催化剂以实现对抗生素废水的有效处理。因此，急需获得一种催化活性好、稳定性好、环境友好的非均相电芬顿催化剂，这对于利用电芬顿技术有效去除水体中的抗生素具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性好、稳定性好、无二次污染的基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钴掺杂的铁基金属有机骨架材料进行碳化；所述钴掺杂的铁基金属有机骨架材料中铁与钴的摩尔比为：大于0.5且小于3.0；

S2、将步骤S1中经碳化后得到的产物与酸溶液混合，震荡，去除产物表面的金属氧化物，得到基于铁基金属有机骨架衍生的电芬顿催化剂。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述钴掺杂的铁基金属有机骨架材料中铁与钴的摩尔比为1.0～2.5。