一种用于六价铬还原处理的催化剂及制备方法技术

本发明专利技术属于重金属处理领域，公开了一种用于六价铬还原处理的催化剂，所述催化剂为Co@NC纳米片自组装微米花(CoNCF)，其中金属Co纳米颗粒嵌入在NC(氮掺杂碳)中。应用过程为：将一定量的甲酸加入到重铬酸钾水溶液中，之后加入CoNCF催化剂进行还原处理。本发明专利技术的催化体系操作简单，易于控制，反应条件温和，催化剂制备成本低，反应效果好，性能稳定，有利于规模化推广。推广。推广。

A catalyst for hexavalent chromium reduction treatment and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于六价铬还原处理的催化剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于六价铬还原处理的催化剂及制备方法，属于重金属处理领域。

技术介绍

[0002]六价铬(Cr(VI))是印染和镀铬等工业废水中常见的污染物，具有很强的迁移能力和溶解性，容易被人体和动植物吸收，有剧毒和致癌性，对人类健康和生态系统造成了严重破坏。世界卫生组织(WHO)已将Cr(VI)水平含量控制在50ppb以下，以确保安全饮用水。2019年7月，中国生态环境部、国家卫生健康委员会发布的《有毒有害水污染物名录(第一批)》的公告中，六价铬化合物位列其中。相比之下，Cr(III)的毒性较小，环境迁移较少，并且容易在水中沉淀。因此，将Cr(VI)转化为Cr(III)被认为是处理含Cr(VI)废水的有效策略。Cr(VI)处理的常用方法有离子交换法、吸附法、光催化法和生物还原法等。然而，这些方法存在一些难以克服的缺点，包括成本高、能耗高、Cr(VI)残留率高、工艺复杂和产生二次污染等。近年来，以甲酸为原位氢源，在合适的催化剂的作用下，将Cr(VI)还原为Cr(III)的方法得到了广泛关注，其具有成本低、操作简单、条件温和、环境友好和无二次污染等优点，具有良好的应用前景。
[0003]迄今为止，以甲酸为还原剂来处理Cr(VI)的方法所采用的催化剂，仍是贵金属基催化剂占绝对的主导地位，包括Pt(Colloid Polym.Sci.296(2018)
[0004]327
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333)、Au(RSC Adv.6(2016)40911<br/>‑
40915)、Ag(Environ.Sci.:Nano 3(2016)745
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753)和Pd(Sep.Purif.Technol.239(2020)116542)等，其中尤以Pd基催化剂为多，如Pd纳米颗粒(Chem.Eng.J.351(2018)959
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966)，Pd合金(ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)30948
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30955)，以及采用各类载体的负载型催化剂(Sci.Total Environ.743(2020)140614)。中国专利CN 202110716915.2公开了一种Pd/UiO
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66催化剂的制备方法及其应用，以锆基金属有机骨架UiO
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66作为载体负载金属钯，负载后所得催化剂经过硼氢化钠还原金属钯形成钯原子进入UiO
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66的孔道，锆基金属有机骨架UiO
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66通过有机配体和锆元素反应制得，所制催化剂用于以甲酸为还原剂的Cr(VI)还原过程中。但是该催化剂的制备过程复杂，成本高，耗时长。由此可见，因贵金属储量有限、价格昂贵，严重限制了其在Cr(VI)还原中的大规模应用。因此，探索利用储量丰富的非贵金属基催化剂来实现Cr(VI)的高效还原处理，具有非常重要的现实意义，但是当前仍是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，为解决上述问题，本专利技术的目的在于提出一种用于六价铬还原处理的CoNCF催化剂及其制备方法，催化体系操作简单，易于控制，反应条件温和，催化剂制备成本低，反应效果好，性能稳定，有利于规模化推广。
[0006]一种用于六价铬还原处理的催化剂，所述催化剂为Co@NC纳米片自组装微米花(CoNCF)，其中金属Co纳米颗粒嵌入在NC(氮掺杂碳)中。
[0007]进一步地，所述催化剂为采用尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴溶解搅拌至水分蒸干，并经热解处理制备的Co@NC纳米片自组装微米花CoNCF，其中金属Co纳米颗粒嵌入在氮掺杂碳中。
[0008]本专利技术还提供所述催化剂在六价铬污染修复中的应用：将一定量的甲酸加入到含六价铬的水体中，之后加入CoNCF催化剂进行还原处理。
[0009]进一步地，所述水体中六价铬的浓度为30～70mg/L。
[0010]进一步地，所用催化剂质量与水体中六价铬的质量比为5:1～10:1。
[0011]进一步地，反应温度为40～70℃。
[0012]进一步地，重铬酸钾溶液与甲酸溶液的体积比为1:100～3:100。
[0013]进一步地，所述CoNCF催化剂的制备方法为：将尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴溶解于去离子水中，在室温搅拌5～8h后，于40～80℃下持续搅拌至水分蒸干后，置于管式炉中氮气保护下，升温至600～800℃进行热解处理，并保持1～3h；冷却至室温后，将产物取出，以去离子水充分洗涤后，烘干后得到CoNCF催化剂。
[0014]进一步地，烘干温度为80℃，烘干时间为12h。
[0015]进一步地，尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴的质量比为1:1:8:2.3。
[0016]进一步地，所得CoNCF催化剂中，金属钴的含量为60～80wt.％。
[0017]有益效果
[0018]1)本专利技术的CoNCF催化剂易于制备，且制备成本低；
[0019]2)催化体系操作简单，易于控制，反应条件温和，反应效率高，可实现水体中六价铬的高效还原处理，处理成本低，无二次污染，且多次循环使用后催化性能几乎保持不变，有利于规模化推广。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1
‑
5制备的催化剂的X射线衍射图。
[0021]图2为本专利技术实施例1制备的CoNCF
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1催化剂的扫描电镜图。
具体实施方式
[0022]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例对本专利技术做进一步的说明。本领域技术人员应理解，具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不应以此限定本专利技术的保护范围。
[0023]实施例1
[0024]催化剂制备过程为：将0.625g尿素、0.625g一水合柠檬酸、5g氯化钠和1.455g六水合硝酸钴溶解在20mL去离子水中。在室温下搅拌5小时后，将混合物于70℃下持续搅拌至水分蒸干后，置于管式炉中氮气保护下，升温至700℃进行热解处理，并保持2h。冷却至室温后，将所得样品取出，以去离子水充分洗涤后，置于烘箱中，于80℃烘箱中烘干12h，即得到CoNCF催化剂，记为CoNCF
‑
1。
[0025]将所制催化剂用于六价铬的还原反应，反应过程为：将1.0mL甲酸(98％)加入到50mL新鲜制备的重铬酸钾水溶液(C
Cr(VI)
＝50mg/L)中，并升温至50℃。之后在混合溶液中加入20mg的CoNCF
‑
1催化剂。结果发现，反应12min后，可将Cr(VI)完全转化为Cr(III)，表观速率常数k
app
为0.269min
–1，且循环使用八次后，催化性能几乎保持不变。以质量归一化的表观
速率常数k
nor
为评价标准，发现在近似反应条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于六价铬还原处理的催化剂，其特征在于，所述催化剂为采用尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴溶解搅拌至水分蒸干，并经热解处理制备的Co@NC纳米片自组装微米花CoNCF，其中金属Co纳米颗粒嵌入在氮掺杂碳中。2.根据权利要求1所述的催化剂制备方法，其特征在于，将尿素、一水合柠檬酸、氯化钠和六水合硝酸钴溶解于去离子水中，在室温搅拌5～8h后，于40～80℃下持续搅拌至水分蒸干后，置于管式炉中氮气保护下，升温至600～800℃进行热解处理，并保持1～3h；冷却至室温后，将产物取出，以去离子水充分洗涤后，烘干后得到催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所得催化剂中，金属钴的含量为60～80wt.％。4.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江永，叶荣飞，菅盘铭，王理霞，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：