磁性介孔碳載鈷催化劑的制備和初步應(yīng)用

龐婭 唐榕霞 肖懿

摘 要：采用浸漬法制備了磁性介孔碳負(fù)載鈷的催化劑，以單過(guò)硫酸鉀為氧化劑，催化產(chǎn)生硫酸根自由基，降解亞甲基藍(lán)。結(jié)果表明：該催化劑可以高效的活化單過(guò)硫酸鉀，對(duì)50mg/L-300 mg/L的亞甲基藍(lán)的降解效率在95%以上，可以重復(fù)使用5次，且便于分離，展示了良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

染料類有機(jī)污染物具有難生物降解，毒性較大，色度高等特征，是水污染控制領(lǐng)域的重要內(nèi)容。近年來(lái)，基于催化反應(yīng)的高級(jí)氧化技術(shù)處理偶氮染料引起了廣泛的關(guān)注[1]。傳統(tǒng)的芬頓高級(jí)氧化技術(shù)依靠雙氧水和亞鐵離子反應(yīng)生成高活性的羥基自由基，可以處理大部分有機(jī)污染物，且操作較簡(jiǎn)單，處理效率較高。但是該化學(xué)氧化法的pH適應(yīng)范圍窄，污泥產(chǎn)生量大[2]。而基于活化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生硫酸根自由基和活性物質(zhì)的高級(jí)氧化技術(shù)的適應(yīng)范圍和效果更好[3]。

實(shí)驗(yàn)方法

制備磁性介孔碳：采用模板法制備磁性介孔碳[4]，其具體制備方法如下：

1、稱取0.1062g的草酸，2.1650 g的九水硝酸鐵，置于一個(gè)小燒杯中，準(zhǔn)確移取20 ml乙醇加到上述小燒杯中，攪拌使草酸和九水硝酸鐵溶解，得到混合溶液。

2、稱取2.0177g的SBA-15于坩堝中，將S1-1步驟中的混合溶液快速倒入坩堝中，并不停的攪拌坩堝中的物質(zhì)；然后用移液器取3.0 mL的糠醇，攪拌條件下快速加入坩堝中，不停攪拌直至坩堝中物質(zhì)呈糊狀，接著用保鮮膜封口，將坩堝放入烘箱，調(diào)節(jié)烘箱溫度為90 ℃，保持12 h。

3、然后，將坩堝從烘箱中取出，研磨坩堝中的物質(zhì)成粉狀，然后將粉末狀的物質(zhì)以2℃/min的升溫速率升溫至900℃，在900℃下焙燒2 h得到黑色產(chǎn)物。

4、將得到的黑色產(chǎn)物倒入大燒杯中，用熱的濃度為2 mol/L的NaOH溶液脫硅兩次（每次1 h），干燥后即得磁性介孔碳，將磁性介孔碳密封冷藏保存。

制備磁性介孔碳載鈷催化劑：所制備的磁性介孔碳載鈷催化劑以磁性介孔碳為載體，采用浸漬法將一定濃度、一定體積的的硝酸鈷溶液固定到磁性介孔碳，浸漬時(shí)間為24 h～36 h。將所述浸漬有鈷的磁性介孔碳烘干、研磨成粉末、450℃～550℃下煅燒，完成所述磁性介孔碳載鈷催化劑的制備。鈷的負(fù)載質(zhì)量為2.5%～4.5%。

催化過(guò)硫酸鹽降解亞甲基藍(lán)：在亞甲基藍(lán)染料溶中加入單過(guò)硫酸鹽和磁性介孔碳載鈷催化劑，其中，磁性介孔碳載鈷催化劑的濃度為0.1 mg/mL～0.2 mg/mL；過(guò)硫酸氫鉀復(fù)合鹽的濃度為0.614 mg/mL～0.920 mg/mL。避光振蕩處理45 min。采用分光光度計(jì)在650 nm下測(cè)定亞甲基藍(lán)濃度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

材料的XRD衍射譜如圖1所示。對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)，該圖譜復(fù)合PDF#03-0864的CoFe2O4衍射峰，說(shuō)明在煅燒的過(guò)程中，形成了CoFe2O4成分。這樣能夠大大降低金屬的泄露。

考察了亞甲基藍(lán)初始濃度50-300mg/L的范圍下的去除效率，控制催化劑的用量在0.1-0.2mg/mL，氧化劑的用量在0.614 -0.920 mg/mL，去除效率在95%以上，如圖2所示。催化劑經(jīng)過(guò)磁性分離，清洗烘干后繼續(xù)使用，重復(fù)效果如圖3所示。

重復(fù)利用次數(shù)

結(jié)論

本文中制備了磁性介孔碳，以其為載體通過(guò)飽和浸漬法負(fù)載鈷，制備得到催化劑。該催化劑能夠高效的活化單過(guò)硫酸鉀，催化降解亞甲基藍(lán)，降解效率高，且重復(fù)利用效果好。所示的高級(jí)氧化技術(shù)具備良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 張瑛潔，馬軍，宋磊等.樹(shù)脂負(fù)載Fe/Cu多相類芬頓降解染料橙黃[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào).2009，29（7）：1419-1425.

[2] 馬龍，王雅潔，楊成.廢水高級(jí)氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].環(huán)境工程，2016，34（6）：52-55.

[3] 李麗，劉占猛，聶發(fā)揮.過(guò)硫酸鹽活化高級(jí)氧化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，31（6）：114-116.

資助：本研究得到了長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZD1601018）和2017，2018年度湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

（作者單位：長(zhǎng)沙學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院）