[发明专利]一种铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用，旨在提供了一种用于催化过一硫酸盐(PMS)降解水中有机污染物的复合材料催化剂，以及制备方法和降解有机污染物的方法；其制备方法是将猪血捏碎烘干后磨细过筛制成猪血粉，取猪血粉与铁基材料共水热后过滤旋蒸后真空干燥得产物铁基猪血碳量子点复合型过渡金属氧化催化剂(Fe‑CQDs)；将所得复合催化剂置于有机物污染物溶液中吸附一定时间后加入过一硫酸盐(PMS)，可对目标污染物进行有效降解。本发明的复合型催化剂制备工艺简单，碳量子点(CQDs)的前体原材料猪血来源丰富，廉价易得，制备的产物催化能力强，降解率高，可达到高效治污的目的。

技术领域

本发明属于氧化技术领域，具体涉及一种过渡金属催化剂，具体涉及铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法及应用。

背景技术

有机污染物(比如：抗生素、杀虫剂、染料等)不具有生物降解性、毒性大，可在生物体内积累，给生态环境带来极大危害。目前成熟的去除水中有机污染物的技术中，芬顿、电化学氧化和基于硫酸根自由基技术等的高级氧化工艺(AOPs)引起了研究者们的极大兴趣。

基于过硫酸盐的高级氧化工艺，是通过切断过单硫酸盐的过氧键产生活性氧(ROS)，利用其给电子能力攻击有机污染物使其分解为分子结构更小的物质的工艺。PMS的活化方式：有过渡金属离子催化活化、辐射、热活化、碳材料活化和其他复合活化等。铁作为地壳中含量第二的金属元素，以其高效、无毒、环境友好、成本低等优点在污水处理中得到了广泛的应用。而根据过去十年的数据统计显示，铁基材料对过硫酸盐活化的研究逐年增加。铁基材料一直是研究最广泛的过硫酸盐活化催化剂，几乎占常见过渡金属催化剂的一半。然而，Fe³⁺还原为Fe²⁺的缓慢过程限制了硫酸根自由基的高级氧化工艺(SR AOPs)体系的整体反应速率，且该过程中总是需要加入过量的铁盐，导致成本增加。因此，设计一种加速Fe³⁺/Fe²⁺循环的催化剂成为主要的解决方案之一。

CQDs是由球形碳核和分布在其表面的丰富官能团组成的准球形碳纳米粒子。因其原料丰富(一切生物质皆可作为碳源)、易于制备、无毒、高度生物相容性和出色的电子传输性能而引起人们的极大关注。在催化，癌症治疗，生物成像，光电器件等不同领域得到广泛应用。其共轭π体系有助于提高载流子分离率和抑制电子-空穴对的复合，为通过复合来增强金属氧化物纳米粒子的太阳光响应和光催化性能提供了有效的途径。CQDs有望成为一种加速Fe³⁺/Fe²⁺循环的传输材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种以废弃猪血为碳源通过一步水热法获得铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂的方法，该制备方法、成本低廉。

本发明的第二个目的是提供一种铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂，该催化剂能够活氧化降解水中的有机污染物，提升降解效率，催化剂用量少，解决现有过渡金属催化剂中催化效率低且投加量大的问题。

本发明的最后一个目的是提供上述催化剂的在化PMS降解水中有机污染物的应用。

为此，本发明提供的第一个技术方案如下：

一种铁基猪血碳量子点复合型过渡金属催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

1)屠宰场取猪血烘干，磨细干猪血过筛得猪血粉；

2)取猪血粉和铁基材料按照质量比2～0.5∶1溶于溶剂后，转移到含有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，后转移至烘箱，在120～200℃进行水热10～18h，冷却后取出，依次进行抽滤、浓缩和冷冻干燥，即得到铁基猪血碳量子点催化剂。

进一步的，上述的一种铁基猪血碳量子点催化剂的制备方法，步骤1)中，烘干温度为60～100℃，优选为80℃，烘干时间为5～15h，优选为8h。