一种镍钴氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及催化剂，尤其涉及一种镍钴氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、基于过硫酸盐的类芬顿高级氧化技术，因其同时具有自由基和非自由基反应的特点，可以高效去除水体中难以进行生物降解的有机污染物，因此被广泛应用于水处理及水环境等领域。这是由于过硫酸盐分子的不对称结构，很容易通过裂解o-o键被激活，从而产生硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基等活性物质，进而实现对有机污染物(例如有机染料、抗生素等)进行氧化降解。

2、因此如何高效活化过硫酸盐促进o-o键裂解成为核心问题，现有技术中为了对过硫酸盐进行活化主要可以采用加热、超声波、碱活化、基于金属和非金属的催化剂活化，均可以破坏过硫酸盐的o-o键。然而加热、超声波和碱活化均需要向体系内额外输入能量，因此过渡金属和金属氧化物催化剂不需要额外能量输出，成为过硫酸盐活化的最佳方法。

3、然而目前制备金属空心纳米结构的方法已有不少，并且已制备出具有特殊物理、化学性能的单质或者合金的空心结构。虽然这些制备方法都具有自身的优势，但也都存在一定的不足之处，因此亟需提供一种方案改善这些问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种镍钴氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用。

2、第一方面，本发明提供一种镍钴氧化物类芬顿催化剂，包括由聚多巴胺碳化形成的碳骨架，及成型在所述碳骨架内的nico2o4纳米颗粒；所述类芬顿催化剂呈中空棱柱结构，且粒径为550-650nm。

3、第二方面，本发明还提供一种镍钴氧化物类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、在80-90℃的搅拌状态下，将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合后，陈化15-20h，分离清洗并干燥制得镍钴前体；

5、在50-70℃下将镍钴前体与盐酸多巴胺混合溶解在三羟甲基氨基甲烷乙醇溶液后，搅拌反应后分离清洗并干燥制得镍钴复合体；

6、在50-70℃下将镍钴复合体分散在水中搅拌反应1-3h后，分离清洗并干燥制得镍钴空心体；

7、在200-300℃的含氧气氛中，对镍钴空心体煅烧2-3h后制得镍钴氧化物类芬顿催化剂。

8、可选地，将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合时，所述镍钴溶液的溶质包括四水醋酸钴和四水醋酸镍。

9、可选地，将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合后，所述四水醋酸钴、所述四水醋酸镍和聚乙烯吡咯烷酮的质量混合比为1∶(0.33-3)∶(0.8-1.2)。

10、可选地，将镍钴前体与盐酸多巴胺混合溶解时，所述镍钴前体与所述盐酸多巴胺的质量混合比为1∶(0.8-1.2)。

11、可选地，所述含氧气氛为氧气浓度20-100％的气体气氛。

12、可选地，所述含氧气氛包括空气气氛和氧气气氛中的一种。

13、第三方面，本发明还提供了一种镍钴氧化物类芬顿催化剂在有机污染物降解上的应用。

14、可选地，包括以下步骤：在288-308k温度下，将所述类芬顿催化剂与过硫酸盐投入含有机污染物的待降解液体内，搅拌反应完成有机污染物降解；优选地，在298-308k温度下进行降解。

15、可选地，将所述类芬顿催化剂与过硫酸盐投入时，所述类芬顿催化剂与过硫酸盐的质量混合比为1：(0.5-10)，优选地混合比为1：(1-6)，进一步优选地混合比为1：(1-5)，更优选地混合比为1：(2-5)。

16、可选地，所述含有机污染物的待降解液体的ph为4-10，优选地ph为7-9。

技术特征：

1.一种镍钴氧化物类芬顿催化剂，其特征在于，包括由聚多巴胺碳化形成的碳骨架，及成型在所述碳骨架内的nico2o4纳米颗粒；所述类芬顿催化剂呈中空棱柱结构，且粒径为550-650nm。

2.一种镍钴氧化物类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合时，所述镍钴溶液的溶质包括四水醋酸钴和四水醋酸镍。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合后，所述四水醋酸钴、所述四水醋酸镍和聚乙烯吡咯烷酮的质量混合比为1：(0.33-3)：(0.8-1.2)。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将镍钴前体与盐酸多巴胺混合溶解时，所述镍钴前体与所述盐酸多巴胺的质量混合比为1：(0.8-1.2)。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含氧气氛为氧气浓度20-100％的气体气氛；和/或，所述含氧气氛包括空气气氛和氧气气氛中的一种。

7.一种如权利要求1所述类芬顿催化剂，或如权利要求2至6任一项所述制备方法所制备的类芬顿催化剂在有机污染物降解上的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：在288-308k温度下，将所述类芬顿催化剂与过硫酸盐投入含有机污染物的待降解液体内，搅拌反应完成有机污染物降解；优选地，在298-308k温度下进行降解。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述类芬顿催化剂与过硫酸盐投入时，所述类芬顿催化剂与过硫酸盐的质量混合比为1：(0.5-10)，优选地混合比为1：(1-6)，进一步优选地混合比为1：(1-5)，更优选地混合比为1：(2-5)。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述含有机污染物的待降解液体的ph为4-10，优选地ph为7-9。

技术总结本发明提供了一种镍钴氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用，涉及催化剂技术领域。本发明提供的类芬顿催化剂，包括由聚多巴胺碳化形成的碳骨架，及成型在所述碳骨架内的NiCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒；所述催化剂为中空棱柱结构。本发明提供的制备方法包括：将聚乙烯吡咯烷酮溶液与镍钴溶液搅拌混合陈化制得镍钴前体；将镍钴前体与盐酸多巴胺混合溶解在三羟甲基氨基甲烷乙醇溶液后制得镍钴复合体；将镍钴复合体分散在水中搅拌反应制得镍钴空心体并煅烧制得镍钴氧化物类芬顿催化剂。本发明提供的催化剂材料具有更多暴露的催化活性位点，作为催化剂可显著提升PMS的氧化效率，具有PMS消耗更低、更高的催化活性，更低的反应时间、有机污染物降解率更高等优势。技术研发人员：辛卓,黄宇星,吴代赦,刘定军,王峰迪,徐慧受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29