[发明专利]一种催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种催化材料及其应用，通过超声改性丰富了硫化物催化材料的硫空位，然后向PMS体系中投加经过超声改性富含硫空位的硫化物催化材料，从而活化PMS产生自由基对水中有机污染物进行降解，该催化材料制备工艺简单、成本低廉、降解效果优异，具有潜在的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及水体污染处理技术领域，更具体的说是涉及一种催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着城镇化的进程加快，大量药品、个人护理品等难降解有机污染物在污水、地下水、地表水和土壤中不断被检出，对环境造成污染，部分具有生物累积性的物质还可能通过食物链传递，从而加速生态系统的失衡。

近年来，基于硫酸根自由基(SO₄^·-)的高级氧化技术引起国内外学者广泛的研究兴趣，一些物理或化学的方法可以通过活化单过硫酸盐(PMS)分解得到·OH、SO₄^·-等活性物质，与羟基自由基(·OH)相比，硫酸根自由基(SO₄^·-)具有更高的氧化还原电位(2.5～3.1eV)，且适用于更宽的pH值范围，也具备更长的半衰期(30-40μs)，这增加了其与目标污染物的持续接触时间，从而可更高程度地降解废水中的有机污染物。

金属硫化物、金属氧化物、过渡金属离子、尖晶石硫化物和碳基材料等均可活化PMS，金属氧化物的导电性和热稳定性均不如金属硫化物，且硫元素对高价态金属离子具有较强的还原性；过渡金属离子在污水处理中使用剂量大、不易回收，污染环境；尖晶石硫化物偏向于单一污染物的治理，碳基材料制备复杂、价格昂贵。因此，金属硫化物更适合在实际应用中用来活化PMS。

不同的过渡金属中，Co²⁺对PMS的活化能力最强，产生SO₄^·-，可以去除水中难以生物降解的有机污染物。为促进PMS活化，在催化体系中进一步引入还原性Mo²⁺，发生氧化还原循环；将Co²⁺、Mo²⁺共同应用于活化PMS产生SO₄^·-和·OH可实现更高效且循环性好的活化降解。

当所制备的硫化物催化剂存在丰富的硫空位时，可以有效增大材料比表面积，且易吸附空气中水、氧气等分子，创造更多活性点，从而提高活化PMS生成SO₄^·-以及降解水中有机污染物的效率。

超声改性是一种可丰富硫化物硫空位的有效方法，将合成的硫化物催化材料进行超声改性，将Co²⁺、Mo²⁺共同应用时，Co²⁺可能掺杂在MoS₂的基平面和S边平面，通过超声改性可使其均匀分布，从而增强材料表面稳定性，强化硫化物硫空位、加快电子运输过程，有效提高了催化材料的活化能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种催化材料的制备方法及其应用，本发明通过超声改性丰富硫化物催化材料的硫空位，从而增强其活化单过硫酸盐PMS的效率，提高降解废水中有机污染物的效果。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种催化材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将质量分数为20％的硫化铵溶液加入到水中混匀，得混合液(硫化铵用作S源以及还原剂)；

(2)将钴源和钼源依次加入到步骤(1)得到的混合液中，然后经搅拌，得到反应液；

(3)将上述反应液全部移入聚四氯乙烯反应釜中，在170～200℃下反应24～48h，冷却至室温，然后经离心、洗涤、干燥得到硫化物；

(4)将硫化物溶于水中并进行超声处理，然后经离心、干燥即得催化材料。