[发明专利]一种用于六价铬还原处理的催化剂及制备方法

说明书

本发明属于重金属处理领域，公开了一种用于六价铬还原处理的催化剂，所述催化剂为Co@NC纳米片自组装微米花(CoNCF)，其中金属Co纳米颗粒嵌入在NC(氮掺杂碳)中。应用过程为：将一定量的甲酸加入到重铬酸钾水溶液中，之后加入CoNCF催化剂进行还原处理。本发明的催化体系操作简单，易于控制，反应条件温和，催化剂制备成本低，反应效果好，性能稳定，有利于规模化推广。

技术领域

本发明涉及一种用于六价铬还原处理的催化剂及制备方法，属于重金属处理领域。

背景技术

六价铬(Cr(VI))是印染和镀铬等工业废水中常见的污染物，具有很强的迁移能力和溶解性，容易被人体和动植物吸收，有剧毒和致癌性，对人类健康和生态系统造成了严重破坏。世界卫生组织(WHO)已将Cr(VI)水平含量控制在50ppb以下，以确保安全饮用水。2019年7月，中国生态环境部、国家卫生健康委员会发布的《有毒有害水污染物名录(第一批)》的公告中，六价铬化合物位列其中。相比之下，Cr(III)的毒性较小，环境迁移较少，并且容易在水中沉淀。因此，将Cr(VI)转化为Cr(III)被认为是处理含Cr(VI)废水的有效策略。Cr(VI)处理的常用方法有离子交换法、吸附法、光催化法和生物还原法等。然而，这些方法存在一些难以克服的缺点，包括成本高、能耗高、Cr(VI)残留率高、工艺复杂和产生二次污染等。近年来，以甲酸为原位氢源，在合适的催化剂的作用下，将Cr(VI)还原为Cr(III)的方法得到了广泛关注，其具有成本低、操作简单、条件温和、环境友好和无二次污染等优点，具有良好的应用前景。

迄今为止，以甲酸为还原剂来处理Cr(VI)的方法所采用的催化剂，仍是贵金属基催化剂占绝对的主导地位，包括Pt(Colloid Polym.Sci.296(2018)

327-333)、Au(RSC Adv.6(2016)40911-40915)、Ag(Environ.Sci.:Nano 3(2016)745-753)和Pd(Sep.Purif.Technol.239(2020)116542)等，其中尤以Pd基催化剂为多，如Pd纳米颗粒(Chem.Eng.J.351(2018)959-966)，Pd合金(ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)30948-30955)，以及采用各类载体的负载型催化剂(Sci.Total Environ.743(2020)140614)。中国专利CN 202110716915.2公开了一种Pd/UiO-66催化剂的制备方法及其应用，以锆基金属有机骨架UiO-66作为载体负载金属钯，负载后所得催化剂经过硼氢化钠还原金属钯形成钯原子进入UiO-66的孔道，锆基金属有机骨架UiO-66通过有机配体和锆元素反应制得，所制催化剂用于以甲酸为还原剂的Cr(VI)还原过程中。但是该催化剂的制备过程复杂，成本高，耗时长。由此可见，因贵金属储量有限、价格昂贵，严重限制了其在Cr(VI)还原中的大规模应用。因此，探索利用储量丰富的非贵金属基催化剂来实现Cr(VI)的高效还原处理，具有非常重要的现实意义，但是当前仍是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种用于六价铬还原处理的CoNCF催化剂及其制备方法，催化体系操作简单，易于控制，反应条件温和，催化剂制备成本低，反应效果好，性能稳定，有利于规模化推广。

一种用于六价铬还原处理的催化剂，所述催化剂为Co@NC纳米片自组装微米花(CoNCF)，其中金属Co纳米颗粒嵌入在NC(氮掺杂碳)中。

进一步地，所述催化剂为采用尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴溶解搅拌至水分蒸干，并经热解处理制备的Co@NC纳米片自组装微米花CoNCF，其中金属Co纳米颗粒嵌入在氮掺杂碳中。

本发明还提供所述催化剂在六价铬污染修复中的应用：将一定量的甲酸加入到含六价铬的水体中，之后加入CoNCF催化剂进行还原处理。

进一步地，所述水体中六价铬的浓度为30～70mg/L。