一种新型磁性复合催化剂及制备方法
阅读说明：本技术 一种新型磁性复合催化剂及制备方法 (Novel magnetic composite catalyst and preparation method thereof ) 是由 马国峰 祁蓝钰 张鸿龄 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：用于光催化降解有机废水催化剂及制备方法,涉及一种处理废水催化剂及制备方法,通过热聚合法制备g-C-(3)N-(4)；然后通过两步原位法回流煅烧法构建ZnCo-(2)O-(4)/g-C-(3)N-(4)复合物；最后通过机械球磨法原位制备出Co-(78)Si-(8)B-(14)/ZnCo-(2)O-(4)/g-C-(3)N-(4)磁性复合催化剂。本发明制备出集吸附-催化-光催化-磁分离于一体的催化剂,解决/g-C-(3)N-(4)催化剂光生载流子的分离效率低及难以分离回收及有机物高效去除问题。(A catalyst for photocatalytic degradation of organic wastewater and a preparation method thereof, relates to a wastewater treatment catalyst and a preparation method thereof, and g-C is prepared by a thermal polymerization method 3 N 4 (ii) a Then a two-step in-situ reflux calcination method is used for constructing ZnCo 2 O 4 /g‑C 3 N 4 A complex; finally preparing Co in situ by a mechanical ball milling method 78 Si 8 B 14 /ZnCo 2 O 4 /g‑C 3 N 4 Magnetic composite catalyst. The invention prepares the catalyst integrating adsorption-catalysis-photocatalysis-magnetic separation, and solves the problem of g-C 3 N 4 The separation efficiency of the catalyst photon-generated carriers is low, the separation and the recovery are difficult, and the organic matters are highEffectively removing the problem.)
技术领域
本发明涉及一种处理废水催化剂及制备方法，特别是涉及一种用于光催化降解有机废水催化剂及制备方法。
背景技术
与传统的TiO2相比，有机二维层状的g-C3N4价格低廉、能带合适、性质稳定，但导电性差、载流子复合快、光响应范围窄等不足严重阻碍了光催化产氢。因此，人们通过调控形貌、掺杂元素、负载助催化剂、构建异质结等方法来提高g-C3N4的光催化性能。其中，构建异质结不仅可以提高光生载流子的分离效率，而且可以拓展光吸收范围，是提高催化剂活性的有效策略。
然而将g-C3N4光催化技术工业化应用于污水处理还需要解决一个比较关键的问题，就是光催化剂的回收问题。在使用g-C3N4降解污水处理过程中，为了提高光催化剂的催化性能，常常需要将其制备成比表面积大的粉末状，这样会增加其降解后的回收难度。因此，开发或优化现有技术制备出一种低成本、耗时短、可再生回用、无二次污染的新型催化剂是目前本领域的主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光催化降解有机废水催化剂及制备方法，本发明将非晶Co78Si8B14、ZnCo2O4和g-C3N4相结合，先通过热聚合法制备g-C3N4，然后通过两步原位法回流煅烧法构建ZnCo2O4/g-C3N4，最后通过机械球磨法原位制备出Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂，该催化剂集吸附-催化-光催化-磁分离于一体的催化剂，解决/g-C3N4催化剂光生载流子的分离效率低及难以分离回收及有机物高效去除问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
用于光催化降解有机废水催化剂及制备方法，该方法为一种制备新型高催化活性非晶Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂的方法，所述方法包括以下过程：
(1)热聚合法制备g-C3N4：称量5-20克的尿素导入石英坩埚，并用锡纸将其紧密包裹后放置于马弗炉中，在500-700℃下煅烧1-5小时。待反应结束后，将石英坩埚中的固体产物称取1-3克放入500毫升的烧杯中，加入300-450毫升的去离子水，持续超声5-15小时后放入干燥箱90℃干燥8-12小时得到g-C3N4；
(2)两步原位法回流煅烧法构建ZnCo2O4/g-C3N4：首先称取10-15克Zn(NO3)2和15-25克Co(NO3)2溶于100毫升去离子水中，然后将1摩尔/升的氢氧化钠溶液缓慢滴加到烧杯中直溶液pH值调节为10，磁力搅拌10-60分钟后形成分布均匀的黑色溶液。接着将1-3克的g-C3N4和上述黑色溶液同时转移至三口烧瓶中，缓慢升温至100℃流0.5-2小时。回流反应结束后将生成物洗涤离心、干燥收集并再次放置于马弗炉中升温至200-400℃煅烧1-3小时，得到ZnCo2O4/g-C3N4复合物；
(3)机械球磨法原位制备出Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂：所有设备为星式球磨机；1)试验所用单质原料为Co，Si和B的粉末，粒度为200目，纯度不低于99.99％(质量百分比)。选用不锈钢作为球磨介质，试验中使用三种不锈钢球，分别为800个半径为2毫米的不锈钢球，300个半径为5毫米不锈钢球，20个半径为10毫米的不锈钢球；2)把准确称量的Co，Si，B粉末和ZnCo2O4/g-C3N4复合物放入球磨灌内，再将上述不锈钢球放入球磨灌内，密封球磨灌。然后用真空泵抽真空，并充入高纯氩气作为保护气体，反复进行上述步骤5-6次，保证最后球磨灌里氩气的纯度，最后检查气阀是否拧紧了，以防漏气；3)将球磨灌固定在星式球磨机上，盖上防护罩，开机运行。本试验的球磨转速200-500转/分钟，运行1小时停歇1小时，球磨时间30-80小时。星式球磨机运行完设定的时间后，等到球磨灌冷却，打开球磨灌的气阀，排出球磨灌里面的氩气，再打开球磨灌取出所制备的Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂。
本发明的优点与效果是：
1.本发明的一种新型非晶Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂，集合了ZnCo2O4的吸附性，非晶Co78Si8B14具有高催化活性和磁性，使该催化剂具有吸附-催化-光催化-磁分离于一体的特性，同时该催化剂可分离回收，对有机物高效去除，无二次污染。
2.本发明方法操作简单、设备易得，工艺流程简单、投资成本低，且制得的催化剂在光催化降解有机废水过程中无需另外添加其它氧化剂，有利于大规模产业化应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种新型非晶Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂及制备方法，具体步骤如下：
(1)热聚合法制备g-C3N4：称量10克的尿素导入石英坩埚，并用锡纸将其紧密包裹后放置于马弗炉中，在550℃下煅烧3小时。待反应结束后，将石英坩埚中的固体产物称取2克放入500毫升的烧杯中，加入350毫升的去离子水，持续超声10小时后放入干燥箱90℃干燥10小时得到g-C3N4；
(2)两步原位法回流煅烧法构建ZnCo2O4/g-C3N4：首先称取10克Zn(NO3)2和20克Co(NO3)2溶于100毫升去离子水中，然后将1摩尔/升的氢氧化钠溶液缓慢滴加到烧杯中直溶液pH值调节为10，磁力搅拌30分钟后形成分布均匀的黑色溶液。接着将2克的g-C3N4和上述黑色溶液同时转移至三口烧瓶中，缓慢升温至100℃流1.5小时。回流反应结束后将生成物洗涤离心、干燥收集并再次放置于马弗炉中升温至300℃煅烧2小时，得到ZnCo2O4/g-C3N4复合物；
(3)机械球磨法原位制备出Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂：所有设备为星式球磨机；1)试验所用单质原料为Co，Si和B的粉末，粒度为200目，纯度不低于99.99％(质量百分比)。选用不锈钢作为球磨介质，试验中使用三种不锈钢球，分别为800个半径为2毫米的不锈钢球，300个半径为5毫米不锈钢球，20个半径为10毫米的不锈钢球；2)把准确称量的Co，Si，B粉末和ZnCo2O4/g-C3N4复合物放入球磨灌内，再将上述不锈钢球放入球磨灌内，密封球磨灌。然后用真空泵抽真空，并充入高纯氩气作为保护气体，反复进行上述步骤5次，保证最后球磨灌里氩气的纯度，最后检查气阀是否拧紧了，以防漏气；3)将球磨灌固定在星式球磨机上，盖上防护罩，开机运行。本试验的球磨转速3000转/分钟，运行1小时停歇1小时，球磨时间60小时。星式球磨机运行完设定的时间后，等到球磨灌冷却，打开球磨灌的气阀，排出球磨灌里面的氩气，再打开球磨灌取出所制备的Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂。
实施例2
本发明提供一种新型非晶Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂及制备方法，具体步骤如下：
(1)热聚合法制备g-C3N4：称量15克的尿素导入石英坩埚，并用锡纸将其紧密包裹后放置于马弗炉中，在600℃下煅烧2小时。待反应结束后，将石英坩埚中的固体产物称取3克放入500毫升的烧杯中，加入400毫升的去离子水，持续超声15小时后放入干燥箱90℃干燥9小时得到g-C3N4；
(2)两步原位法回流煅烧法构建ZnCo2O4/g-C3N4：首先称取15克Zn(NO3)2和20克Co(NO3)2溶于100毫升去离子水中，然后将1摩尔/升的氢氧化钠溶液缓慢滴加到烧杯中直溶液pH值调节为10，磁力搅拌50分钟后形成分布均匀的黑色溶液。接着将3克的g-C3N4和上述黑色溶液同时转移至三口烧瓶中，缓慢升温至100℃流2小时。回流反应结束后将生成物洗涤离心、干燥收集并再次放置于马弗炉中升温至400℃煅烧2小时，得到ZnCo2O4/g-C3N4复合物；
(3)机械球磨法原位制备出Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂：所有设备为星式球磨机；1)试验所用单质原料为Co，Si和B的粉末，粒度为200目，纯度不低于99.99％(质量百分比)。选用不锈钢作为球磨介质，试验中使用三种不锈钢球，分别为800个半径为2毫米的不锈钢球，300个半径为5毫米不锈钢球，20个半径为10毫米的不锈钢球；2)把准确称量的Co，Si，B粉末和ZnCo2O4/g-C3N4复合物放入球磨灌内，再将上述不锈钢球放入球磨灌内，密封球磨灌。然后用真空泵抽真空，并充入高纯氩气作为保护气体，反复进行上述步骤5次，保证最后球磨灌里氩气的纯度，最后检查气阀是否拧紧了，以防漏气；3)将球磨灌固定在星式球磨机上，盖上防护罩，开机运行。本试验的球磨转速500转/分钟，运行1小时停歇1小时，球磨时间50小时。星式球磨机运行完设定的时间后，等到球磨灌冷却，打开球磨灌的气阀，排出球磨灌里面的氩气，再打开球磨灌取出所制备的Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂。
实施例3
本发明提供一种新型非晶Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂及制备方法，具体步骤如下：
(1)热聚合法制备g-C3N4：称量5-20克的尿素导入石英坩埚，并用锡纸将其紧密包裹后放置于马弗炉中，在600℃下煅烧3小时。待反应结束后，将石英坩埚中的固体产物称取1-3克放入500毫升的烧杯中，加入450毫升的去离子水，持续超声10小时后放入干燥箱90℃干燥12小时得到g-C3N4；
(2)两步原位法回流煅烧法构建ZnCo2O4/g-C3N4：首先称取15克Zn(NO3)2和25克Co(NO3)2溶于100毫升去离子水中，然后将1摩尔/升的氢氧化钠溶液缓慢滴加到烧杯中直溶液pH值调节为10，磁力搅拌60分钟后形成分布均匀的黑色溶液。接着将3克的g-C3N4和上述黑色溶液同时转移至三口烧瓶中，缓慢升温至100℃流2小时。回流反应结束后将生成物洗涤离心、干燥收集并再次放置于马弗炉中升温至300℃煅烧3小时，得到ZnCo2O4/g-C3N4复合物；
(3)机械球磨法原位制备出Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂：所有设备为星式球磨机；1)试验所用单质原料为Co，Si和B的粉末，粒度为200目，纯度不低于99.99％(质量百分比)。选用不锈钢作为球磨介质，试验中使用三种不锈钢球，分别为800个半径为2毫米的不锈钢球，300个半径为5毫米不锈钢球，20个半径为10毫米的不锈钢球；2)把准确称量的Co，Si，B粉末和ZnCo2O4/g-C3N4复合物放入球磨灌内，再将上述不锈钢球放入球磨灌内，密封球磨灌。然后用真空泵抽真空，并充入高纯氩气作为保护气体，反复进行上述步骤6次，保证最后球磨灌里氩气的纯度，最后检查气阀是否拧紧了，以防漏气；3)将球磨灌固定在星式球磨机上，盖上防护罩，开机运行。本试验的球磨转速500转/分钟，运行1小时停歇1小时，球磨时间80小时。星式球磨机运行完设定的时间后，等到球磨灌冷却，打开球磨灌的气阀，排出球磨灌里面的氩气，再打开球磨灌取出所制备的Co78Si8B14/ZnCo2O4/g-C3N4磁性复合催化剂。