[发明专利]不溶性磁性钴/有缺陷g-C3N4复合催化剂及其在催化Oxone降解废水中的应用

说明书

技术领域

本发明属于复合催化材料的合成及有机废水的催化降解技术领域，具体涉及一种不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂的制备方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星废水中的应用。

背景技术

左氧氟沙星是喹诺酮类药物中一带光字活性的抗生素药物，对大多数革兰阳性菌和革兰阴性菌均具有明显的抑制作用，并且作用持久。因此，左氧氟沙星在临床上得到了广泛应用。由于其半衰期较长，传统的水处理技术并不能有效地去除这些药物，故其对公共健康的潜在危害引起了广泛的关注。

Oxone（2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄）为过氧硫酸氢钾复合盐的商品名称，其活性物质为单过氧硫酸氢钾KHSO₅，由于一个SO₃⁻取代HOOH形成不对称过氧化物的独特结构，使其易于激发而产生大量的硫酸根自由基（SO₄^•-）。Oxone/Co²⁺是一种类似于Fenton试剂的氧化体系，过渡金属Co²⁺能催化Oxone产生大量活泼的、氧化能力强且无选择性的SO₄^•-自由基，将水体中的有机污染物质彻底氧化为CO₂、H₂O和无机盐。该技术因处理效率高，尤其在难生物降解污染物的去除中具有优良的表现，使其一直成为人们关注的研究热点。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种独特的2D层状非金属材料，其能带结构非常适合光催化分解水中的产氢和产氧两个关键半反应步骤，同时兼具合成方法简便、热稳定性良好等优点，因此被普遍视为具有广阔应用前景的光催化材料，在光催化分解水产氢、人工光合成、有机污染物降解以及二氧化碳还原等领域具有重要的研究价值。

Oxone/Co²⁺氧化体系中常采用水溶性的硫酸钴作为催化剂，硫酸钴将电离成Co²⁺存在于水溶液中，反应过程中Co²⁺作为催化剂能够促使SO₄^•-自由基的大量生成，从而保证氧化反应的顺利进行。可溶性的钴盐会在反应结束后随水排放，但是，钴属于重金属元素，能在生物体内富集，可以通过食物链在人体中蓄积，因此对生态环境和人类健康具有潜在的危害作用。实验研究发现：Oxone/Co²⁺氧化体系对处理废水时的pH值无要求，大多数情况下对中性废水的处理效果更佳。因此为了避免可溶性重金属钴的污染，在本发明中，以三聚氰胺、氢氧化钠、硫酸亚铁、氯化铁和硫酸钴为原材料，制备出了在文献中并没有发现，中性环境下不溶于水的、可回收的不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂的制备方法及其在催化Oxone降解左氧氟沙星废水中的应用，该方法制得的不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂与Oxone组成的氧化体系不仅能够有效降解左氧氟沙星废水，而且不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂能够回收再利用，避免对环境造成二次污染。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，不溶性磁性钴/有缺陷g-C₃N₄复合催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）取2.703g FeCl₃·6H₂O、2.780g FeSO₄·7H₂O和6.033g CoSO₄·7H₂O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液，将上述混合溶液置于水浴中加热至60℃并滴加到45mL摩尔浓度为3mol/L的氨水溶液中，反应过程中有黑色固体产生，反应结束后，将含有大量黑色固体的浑浊液体在20KHz、100W的超声条件下于60℃超声30min，而后冷却至室温，固液分离后用去离子水冲洗黑色固体至中性，然后过滤，风干得到钴的质量百分含量为11%的磁性钴催化剂；