[发明专利]一种用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂及其制备和应用

说明书

本发明属于光催化与无机合成领域，公开了一种用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂及其制备和应用。该催化剂为铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂，其催化活性组分为铈钴氧化物和结晶石墨相氮化碳，其中铈钴氧化物的成分为二氧化铈和四氧化三钴，结晶石墨相氮化碳为相对于不定型石墨相氮化碳具有较高结晶度的石墨相氮化碳，生长在铈钴氧化物表面。该催化剂能够高效快速且低成本地处理含有低浓度苯胺类有机污染物的工业废水，使废水中苯胺类有机污染物的排放达到GB 4287‑2012中“不得检出”的标准。

技术领域

本发明属于光催化与无机合成领域，特别涉及一种用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂及其制备和应用。

背景技术

苯胺是印染废水排放中的代表性有机污染物，由于其具有半衰期长，生物积蓄性，致癌致突变等特点，在工业废水排放中要求严格。最新的国家标准中对工业废水中苯胺的排放要求已经由原来的小于1mg/L提高到“不得检出”的标准，但是由于某些原因暂缓执行(《关于调整纺织染整工业水污染物排放标准〉(GB 4287-2012)部分指标执行要求的公告》(公告2015年第41号))。若新标准恢复执行，印染污水的处理将面临巨大的挑战，因此迫切需要一种廉价高效的处理污水方式。由于将1mg/L苯胺类有机物废水完全清除需要消耗大量能量，且新标准公布最近几年才公布，因此暂时没有专用于该场景的催化剂的报道。而且性能优异的光催化剂往往含有含量较高的贵金属，导致材料成本较高；性能优异的光催化剂亦需要复杂的合成设备和多步的处理工艺，进一步提高成本。通用的催化剂，如二氧化钛、碳化硅、石墨相氮化碳等，性能不佳，也无法满足该应用场景。

目前，仅有以二氧化铈(CeO₂)掺杂四氧化三钴(Co₃O₄)为代表的铈钴氧化物催化剂因具有显著的颗粒尺寸效应、可控的氧迁移率(通过形貌调节)、合适的孔径分布等，在光降解有机废水的研究上取得大量成果，但量子效率和降解效率偏低，限制了铈钴氧化物的进一步推广应用。而结晶石墨相氮化碳(crystalline graphitic carbon nitride)则是结晶度大幅提高的石墨相氮化碳材料，其结构中的异构体种类单一，其光催化活性较普通的石墨相氮化碳材料更高，是氮化碳材料推广应用最关键的材料。目前，相关的催化剂有二氧化铈掺杂氮化碳、钴氧化物掺杂氮化碳和铈钴氧化物等催化剂，但是尚未有三种组分(铈氧化物、钴氧化物和结晶石墨相氮化碳)催化剂的报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂。该催化剂能够实现5分钟内将浓度为1.2mg/L的苯胺污水降解至0mg/L，达到GB 4287-2012中所述的苯胺类有机物“不得检出”的排放标准。可以填补国内快速高效清除工业废水中低浓度苯胺类污染物的专用催化剂的空白，实现工业废水排放提标的低成本快速高效处理。

本发明另一目的在于提供上述用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂在处理印染污水中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂，其是一种铈钴氧化物修饰结晶石墨相氮化碳催化剂，催化活性组分为铈钴氧化物和结晶石墨相氮化碳。

所述的铈钴氧化物的成分为二氧化铈和四氧化三钴；所述的结晶石墨相氮化碳为相对于不定型石墨相氮化碳具有较高结晶度的石墨相氮化碳，生长在铈钴氧化物表面。

一种上述的用于快速清除低浓度苯胺类有机污染物的催化剂的制备方法，其结合了燃烧法和熔盐法，具体包括以下步骤：

(1)将甘氨酸、硝酸铈和硝酸钴混合均匀后，加热燃烧反应，得到铈钴氧化物；