[发明专利]一种多孔纳米四氧化三钴的制备方法及其应用

说明书

本发明属于水处理领域，具体涉及一种多孔纳米四氧化三钴的制备方法及其应用。本发明通过分别配制溶液A(钴盐和钼酸铵的混合溶液)和溶液B(碱性溶液)，再将溶液B滴加入溶液A中进行共沉淀反应，随后对共沉淀固体进行煅烧和酸洗，得到孔隙均匀的多孔纳米四氧化三钴。同时，将本发明得到的多孔纳米四氧化三钴应用于活化PMS降解水中PPCPs，多孔结构更适合过硫酸氢钾分子在催化剂内部穿梭；且纳米单元有利于暴露更多的四氧化三钴表面活性位点；并通过非自由基机制形成的表面高价态钴能够协同硫酸根自由基高效降解PPCPs。从而使得水中PPCPs实现高效的降解效果。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种多孔纳米四氧化三钴的制备方法及其应用。

背景技术

药品及个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products，PPCPs)是一类具有高度结构稳定性、难生物降解性和潜在致癌性的化学物质。随着科技的进步与工业化进程的加速，大量新型PPCPs被合成并用于改善人类的生活质量，与此同时，针对PPCPs妥善处置技术的落后也造成了大量PPCPs随人类生活、生产活动进入自然水体中。相关调查研究表明，PPCPs广泛存在于生活污水、河流、湖泊和地下水中。虽然这类有机物在庞大的水环境中赋存浓度极低(ng/L～μg/L)，其对生物体的急性毒性风险较小，但PPCPs容易被生物富集，进而通过生态系统在人体内累积，长期摄入PPCPs将会对人体各种器官造成不可逆损伤，甚至引发恶性肿瘤。

高级氧化法(Advanced Oxidation Processes，AOPs)是一种针对PPCPs高效降解的新型技术。通过光、热、超声、辐射、过渡金属离子等方式活化包括过氧化物和过硫酸盐在内氧化剂产生强氧化性自由基是高级氧化法的核心所在。相较于活化过氧化物产生的羟基自由基，过硫酸盐裂解产生硫酸根自由基有着更高的氧化还原电位、更长的半衰期和更强的环境适应性。因此基于硫酸根自由基的高级氧化法(Sulfate Radical Based AdvancedOxidation Processes，SR-AOPs)在近年来尤受研究者的青睐。然而传统活化过硫酸盐的方式通常伴随着能耗大、效率低和二次污染明显等缺陷，非均相催化氧化技术的诞生为这一难题提供了新思路，设计合成一系列基于过渡金属的催化剂用于活化过硫酸盐降解水中有机污染物可以有效克服均相催化体系的种种缺陷。

研究表明，Co(II)是过硫酸氢盐的最佳活化剂，因此钴的氧化物与氢氧化物是目前非均相SR-AOPs中研究最为广泛的催化剂，同时作为最基础的钴氧化物之一的四氧化三钴也是研究者们关注的热点。四氧化三钴结构中同时存在Co(III)和Co(II)，因此，虽然四氧化三钴的催化稳定性优于氧化亚钴，但其催化活性却远低于氧化亚钴。通过实验研究，学者们提出了大量强化四氧化三钴催化活性的材料改性技术。虽然这些技术可以有效提高四氧化三钴的催化活性，但其中大多数依然采用了杂原子掺杂的方式，通过加速Co(III)/Co(II)的氧化还原循环提升四氧化三钴的催化活性。这种改性方式引入了更多的杂质，给待处理水体带来了更大的二次污染风险。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种多孔纳米四氧化三钴的制备方法，该方法不引入其他杂原子，多孔结构更适合过硫酸盐如硫酸氢钾分子在催化剂四氧化三钴内部穿梭，纳米单元有利于暴露更多的四氧化三钴表面活性位点。本发明合成的多孔纳米四氧化三钴拥有比商用四氧化三钴更高的催化活性和更低的金属离子泄露量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种多孔纳米四氧化三钴的制备方法，包括如下步骤：

S1、配置溶液：分别配制溶液A和溶液B，其中，溶液A为钴盐和钼酸铵的混合溶液，溶液B为碱性溶液；并对溶液A和溶液B分别进行除氧；

S2、共沉淀反应：在惰性气氛下，搅拌条件下将溶液B滴加至溶液A中，室温下搅拌一定时间，反应结束后进行后处理得到固体C；