[发明专利]一种钴基多相催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钴基多相催化材料及其制备方法和应用，属于无机材料制备以及环境保护技术领域。该多相催化材料为钴基硫化物材料，通过控制制备过程中的反应体系配比以及反应温度，可获得具有不同钴离子价态、不同相组成的硫化物材料，该类钴硫化合物具有加氢催化还原水中溴酸根的能力，可直接用于水中致癌溴酸根离子的还原净化，解决了传统贵金属多相催化材料价格昂贵的缺陷。

技术领域

本发明涉及无机材料制备和环境保护技术领域，具体为一种钴基多相催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

消毒是饮用水处理的关键环节之一。相比传统的氯化消毒方法，臭氧消毒由于具有消毒能力强、不产生卤代有机物等强致癌物的优点，在发达国家已经被普遍应用，在我国也已经成为包装饮用水的主流消毒方法，并逐渐被应用于越来越多城市自来水的杀菌消毒。但是臭氧消毒也存在消毒副产物的问题。当原水中含有一定浓度的溴离子时，经臭氧消毒后会产生溴酸根离子。而溴酸根离子对人体有潜在的致癌性，被世界卫生组织认定为2B级的致癌物。因此，世界卫生组织对饮用水中溴酸盐的最高允许浓度做了限定(10微克/升)。其他国家和地区，如美国环保局和欧盟，也纷纷在其饮用水水质标准中对溴酸根离子的最高允许浓度做了限定。同样，我国也对溴酸根离子的含量做了限定，允许饮用水中溴酸根离子的最高浓度为10微克/升。目前，去除饮用水中溴酸盐的潜在方法有很多，主要包括吸附法、膜过滤法、离子交换法、混凝-过滤法、化学还原法、催化还原法、光催化还原法、电化学还原法、生物降解法等等。其中催化还原作为一种新型的水处理方法，优点是去除效率高，不会产生废水和浓缩废物，不向水中投加化学物质，还原剂还能够重复利用。催化还原已经被广泛用于水质净化的研究，包括催化还原水中硝酸盐、六价铬、卤代有机物等等，是一种比较有前途的水处理技术。

但是，目前用于去除水中溴酸根离子的多相催化剂，甚至是所有用于水治理的加氢催化材料，基本上都是负载型纳米贵金属催化材料，尤其是Pd基催化剂。贵金属价格昂贵，在地球上的储量有限，十分不利于催化还原技术进一步推广与应用，因此，有必要发展更多具有优异催化还原能力的非贵金属催化材料来面对日益严重的致癌溴酸根离子污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴基多相催化材料及其制备方法和应用，通过控制制备过程中的反应体系配比以及反应温度，可获得具有不同钴离子价态、不同相组成的钴基硫化物材料，该类钴硫化合物具有加氢催化还原水中溴酸根的能力，可直接用于水中致癌溴酸根离子的还原净化，解决了传统贵金属多相催化材料价格昂贵的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钴基多相催化材料，是由钴和硫两种元素组成的钴的硫化物材料，优选为具有不同钴元素价态和不同相组成的钴的硫化物材料。所述钴的硫化物材料为Co₉S₈、CoS、Co₃S₄和CoS₂中的一种或几种混合。

该钴基多相催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制钴盐和硫脲的溶液，溶液中钴离子浓度为0.05～0.2摩尔/升，硫脲的浓度为0.05～0.8摩尔/升；所述钴盐和硫脲的溶液使用的溶剂为水、甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或几种组成的混合溶剂；所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或乙酸钴。

(2)将步骤(1)中配置钴盐和硫脲的溶液在150～200℃条件下保温反应6～20小时；

(3)将步骤(2)保温反应后所得产物中的固态物料与溶液分离，使用足量的去离子水和无水乙醇清洗固态物料，清洗后将其在40～100℃条件下真空干燥，得到所述钴基多相催化材料。

本发明制备方法中，通过控制反应体系中各组分配比以及反应温度，能够获得具有不同钴离子价态、不同相组成的硫化物材料(单一相或多相混合)。