[发明专利]一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂的方法及应用

说明书

本发明公开了一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂的方法及应用，涉及催化剂领域。本发明以废弃含铬革屑为原料，利用三聚氰胺复鞣剂对含铬革屑进行复鞣改性，再经过高温热解制备得到一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂。本发明所制备的催化剂中，由于氮的加入，改变了碳材料表面的缺陷度，使得催化位点密度大幅增高，显著提升对过硫酸盐的活化能力，对废水中持久性污染物的去除率高达99.9%，TOC去除率高达90%以上。本发明提出了一种新型氮改性过渡族金属碳基催化剂的思路，原料易得、成本低廉且催化性能优良，具有较大的实际应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂的方法及应用。

背景技术

随着现代社会工农业和城市经济的高速发展，大量持久性有机污染物随着工业废水和生活污水的排放进入污水处理厂，极大增加了污水处理厂的处理负荷。然而，还有一些持久性有机污染物则通过农业生产中使用的农药化肥和医疗排泄等进入自然水体环境中，对自然环境和人类健康造成巨大威胁。因此在环境修复领域，去除水体中的持久性有机污染物已成为重要任务。但是，许多持久性有机污染物很难通过普通的水处理技术得到去除，因而开发具有强氧化能力和处理效率的水处理技术是当前水体有机污染去除领域的重要需求。

国内外已经对水中持久性有机污染物的吸附和催化氧化修复技术进行了深入的研究，其中过硫酸盐高级氧化技术由于具有处理效率高，成本较低且易于操作等诸多特点在高效降解有机物方面引起广泛关注。已有大量研究表明过硫酸盐高级氧化技术能高效去除各种难降解有机物，如挥发性有机物、内分泌干扰物、药物及个人护理产物和全氟化物等。然而，一般情况下过硫酸盐很难直接氧化有机物，但经过活化后，可以产生强氧化性的活性物质，降解大部分有机污染物并将其完全矿化。

由于过渡族金属碳基催化剂催化活性高，制备过程简单而被广泛关注。然而，过渡金属碳基催化剂可重复利用性较差且容易引起二次污染。同时，由于过渡金属碳基催化剂的催化剂活性较高，容易使得水体中其他有机质被无选择降解，破坏水体环境，影响水中微生物生长，从而破坏生态平衡。因此，过渡金属碳基催化剂的改性引起广泛关注。

目前，使用多氨基有机化合物直接对过渡族金属碳基催化剂改性是常用的方法。中国专利CN108840370A提出了一种使用尿素和六次甲基四胺作为氮的前驱体，通过浸渍法对多种过渡族金属碳基催化剂进行改性。但氮官能团通过物理结合掺杂于过渡族金属碳基催化剂上，容易造成氮的流失，难以高效地对过渡族金属碳基催化剂进行改性。

发明内容

本发明目的在于提供一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂的方法，并将其应用于过硫酸盐高级氧化体系去除有机废水中的持久性有机污染物。

在制革过程中，常使用三聚氰胺复鞣剂对蓝湿革进行复鞣，提升蓝湿革的耐磨性和耐候性。在使用过程中，三聚氰胺可与皮革表面多种官能团配位，从而完成对蓝湿革的改性。另外，在复鞣工段产生大量的经三聚氰胺复鞣剂改性的废弃蓝湿革，经粉碎后变成经三聚氰胺复鞣剂改性的废弃含铬革屑。

因此，针对现有过渡族金属碳基催化剂的不足和三聚氰胺复鞣剂在蓝湿革上的配位反应，本发明提供以废弃含铬革屑为原料，三聚氰胺复鞣剂为氮的前驱体，制备得到一种富氮金属催化剂。通过复鞣手段将三聚氰胺通过化学键结合于含铬革屑上，再通过高温裂解制备得到一种富氮金属催化剂，并用于过硫酸盐高级氧化体系去除有机废水中的持久性污染物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氮改性含铬革屑制备富氮金属催化剂的方法，该方法包含以下步骤：

将含铬革屑20-30份与250-350mL去离子水混合，浸泡8-12小时得到混合液；

将2-3份甲酸钠和1-2份碳酸氢钠同时溶解于50-100ml去离子水中，在搅拌下加入混合液中，进行第一次反应后得到中和后的含铬革屑混合液；