[发明专利]碳载多金属氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳载多金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，该碳载多金属氧化物催化剂包括CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;和ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;，CuCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;包裹于ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;表面形成具有核壳结构的复合氧化物，其表面包裹有碳。其制备方法包括：将ZIF‑8、可溶解性铜盐和钴盐、2‑甲基咪唑和有机溶剂制成催化剂前体，煅烧，得到碳载多金属氧化物催化剂。本发明碳载多金属氧化物催化剂，具有比表面积大、结构稳定、催化活性优异、稳定性好等优点，可作为过硫酸盐的活化剂广泛用于处理水体中有机污染物，且能够实现有机污染物的有效降解，使用价值高，应用前景好；其制备方法所需设备简单、操作方便、能量消耗低，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明涉及材料制备及PMS活化技术领域，具体涉及一种碳载多金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济社会的迅速发展和化石燃料的大量消耗，环境污染及能源危机日益凸显，严重威胁着人类的生存发展及生态环境的稳定。酚类和抗生素类污染物是目前废水和天然水体中普遍存在的污染物。由于其潜在的风险和难以被自然降解的性质，即使在低浓度下，它们也对自然环境和人类健康造成了严重影响。因此，找到有效处理技术去除这些水中有机污染物引起了全世界的关注。然而，传统的污水处理方法很难分解这些有机污染物，反而消耗了更多的能源，浪费了有机资源。开发有效的处理技术是非常紧迫和具有挑战性的。高级氧化法(Advanced oxidation process,AOPs)是目前公认的最有前途的降解有机污染物的方法之一。其中，基于硫酸根(SO₄^·-)的高级氧化工艺(SR-AOP)是一种强大的技术，该技术通过生成高度活性的SO₄^·-来完全分解难降解污染物。迄今为止，过渡金属离子特别是二价钴离子(Co²⁺)已被证明是过硫酸盐(如过硫酸氢钾，化学式为2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄，即PMS)的最佳激活剂，但均相反应存在一些不足之处，如产生二次污染、催化剂与水溶液分离困难等。因此，有必要开发高效的多相钴基催化剂。

金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一类具有可定制功能的新型杂化材料，由于其潜在的应用前景而受到广泛关注。已有研究者提出，以MOFs可以作为前驱体，通过热解衍生各种功能材料，然而，已报道的大多数MOF衍生催化剂都是由单一MOF晶体合成的，结构相对简单，如单组份的多孔或空心结构，将它们作为过硫酸盐活化剂时，仍然存在催化活性不足的缺陷。另外，MOF材料在煅烧过程中易出现结构坍塌的现象，造成表面积减小，孔结构破坏，这极大地限制了MOF衍生纳米材料的广泛应用。

因此，获得一种比表面积大、结构稳定、催化活性优异的碳载多金属氧化物催化剂以及与之配套的工艺简单、能耗低、成本低的碳载多金属氧化物催化剂的制备方法，对于有效活化过硫酸盐并实现对有机污染物的有效处理具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、结构稳定、催化活性优异的碳载多金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种碳载多金属氧化物催化剂，所述碳载多金属氧化物催化剂包括CuCo₂O₄和ZnCo₂O₄，所述CuCo₂O₄包裹于ZnCo₂O₄表面形成具有核壳结构的复合氧化物；所述复合氧化物表面包裹有碳。