一种能够高效活化过硫酸盐的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明属于复合催化材料的合成技术领域，具体涉及一种能够高效活化过硫酸盐的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

基于硫酸根自由基（so^4-.）的高级氧化技术（oxone）是近年来发展起来的一类处理难降解有机污染物的新型技术，主要通过活化过硫酸盐（ps）产生。so^4-.的寿命（半衰期为4s）较^.oh长（一般低于1μs），标准氧化还原电位（2.5-3.1v）与^.oh相当（2.8v），氧化剂溶解性好且不易挥发，更易于通过电子转移方式与有机污染物反应，在中性或碱性条件下表现出比^.oh更高的活性。相对于其它传统水处理技术，基于so^4-.的高级氧化技术具有高效、快速、彻底、选择性小且反应条件温和等优点，因而被广泛应用于环境污染修复与治理领域。过渡金属fe³⁺、zn²⁺、co²⁺能活化过硫酸盐产生大量活泼、氧化能力强且无选择性的so^4-.自由基，将水体中的有机污染物质彻底氧化为co2、h2o和无机盐。

然而，这些过渡金属离子残留在水中容易造成二次污染。如何有效的催化活化过硫酸盐，且避免二次污染，一直是该技术领域的一个瓶颈问题。近年来新兴的石墨烯气凝胶材料，不仅保留了石墨烯独特的光电催化性能，还具有特殊的力学性能，能够重复循环利用，被材料界认为是催化剂的理想载体。因此，本发明利用氧化石墨粉、cocl2和抗坏血酸为原料制备载钴石墨烯气凝胶复合催化剂，并将其用于活化过硫酸盐降解磺胺类药物废水研究中。该复合催化剂具有稳定的循环利用性能，通过简单的挤压即可实现催化剂的分离回收，有效避免了金属离子流失造成的二次污染和失活问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种能够高效活化过硫酸盐的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的制备方法，该方法制得的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂能够高效活化过硫酸盐去除水中的磺胺间甲氧基嘧啶，且可以通过简单的挤压方式轻松实现复合催化剂的分离回收，有效避免了金属离子流失造成的二次污染和失活问题。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种能够高效活化过硫酸盐的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.15-0.36mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。

本发明所述的能够高效活化过硫酸盐的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在深度处理难生物降解药物废水中的应用，其特征在于具体过程为：首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.3mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂，在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为67%，其中载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击未有变形，机械稳定性好，载钴石墨烯气凝胶复合催化剂通过挤压方式排除其间隙水后重复循环利用。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用一锅法制备出易于回收利用的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂，其催化性能好，在常温常压下能够高效活化过硫酸盐降解磺胺间甲氧基嘧啶废水，具有稳定、高效等优点，能够应用于难生物降解药物废水的深度处理，具有较好的市场应用前景。

附图说明

图1是实施例4制得的载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的fesem图和元素分布图，其中（a）和（b）为载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的fesem图，（c）为载钴石墨烯气凝胶复合催化剂的元素分布图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

在常温常压条件下30mg/loxone溶液对15mg/l的磺胺间甲氧基嘧啶废水100min的降解效率为1.21%。

实施例2

首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.03mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为42%，其中载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击会略微变碎，机械稳定性有待提高。

实施例3

首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.15mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为59%，其中载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击未有变形，机械稳定性较好，且可以通过挤压方式排除其间隙水，便于重复循环利用。

实施例4

首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.3mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为67%，其中载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击未有变形，机械稳定性较好，且可以通过挤压方式排除其间隙水，便于重复循环利用。

实施例5

首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.36mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为66%，其中该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击未有变形，机械稳定性较好，且可以通过挤压方式排除其间隙水，便于重复循环利用。

实施例6

首先采用改进的hummers法，以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散在30ml去离子水中得到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯分散液，再加入0.16mmol抗坏血酸和0.6mmolcocl2并搅拌至溶解完全，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保温3h，然后冷却至室温得到水凝胶，经透析处理后冷冻干燥即得宏观整体块状载钴石墨烯气凝胶复合催化剂。在常温常压条件下，经过180min反应，该载钴石墨烯气凝胶复合催化剂活化过硫酸钾复合盐对15mg/l磺胺间甲氧基嘧啶废水的降解率为64%，其中载钴石墨烯气凝胶复合催化剂在降解过程中受水流冲击会略微变碎，机械稳定性有待提高。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。