CN114870882A - 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法 - Google Patents

一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114870882A
CN114870882A CN202210660897.5A CN202210660897A CN114870882A CN 114870882 A CN114870882 A CN 114870882A CN 202210660897 A CN202210660897 A CN 202210660897A CN 114870882 A CN114870882 A CN 114870882A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
microwave
boron nitride
nitride quantum
antibiotic wastewater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210660897.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114870882B (zh
Inventor
李硕
郑禾山
杨亚伦
郑永杰
荆涛
林繁雪
刘鑫然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qiqihar University
Original Assignee
Qiqihar University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qiqihar University filed Critical Qiqihar University
Priority to CN202210660897.5A priority Critical patent/CN114870882B/zh
Publication of CN114870882A publication Critical patent/CN114870882A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114870882B publication Critical patent/CN114870882B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/346—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/302—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with microwaves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/722—Oxidation by peroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/02—Specific form of oxidant
    • C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法，催化剂为氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂；制备方法为：将氯化钴和铁酸锰前驱体加入水中混合溶解，逐滴滴加氢氧化钠溶液，搅拌；随后加入氮化硼量子点，继续搅拌；最后转至微波反应釜中进行合成反应；合成反应结束后对合成物质进行洗涤，干燥，得到复合催化剂。本发明制备的催化剂在微波活化过氧乙酸体系中表现出良好的催化氧化能力，在短时间内实现了抗生素废水的高效降解，可回收，重复性好。

Description

一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂 及其制备和应用方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种降解抗生素废水催化剂，尤其涉及一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法。
背景技术
随着社会的发展和医学的进步，抗生素因其强大的抑菌和杀菌能力被广泛地应用于治疗人类和动物疾病。对76个国家的抗生素消费量的评估发现，从2000年到2015年，全球消费率增加了39％，达到423亿每日规定剂量，而且大约70％～80％的抗生素会以原形进入污水系统，滥用抗生素对环境造成了严重的危害。抗生素的过度使用会导致人体中抗生素耐药基因的出现，从而大大减少原抗生素治疗的潜力，由于其广泛使用，水中残留的抗生素大量积累，对生态系统和公众健康造成严重影响，为了解决这一问题，研究人员开发了各种技术来去除或降解水中的抗生素。
近年来，过氧乙酸作为一种新型氧化剂，以其强氧化能力被广泛应用于生产或医疗行业的消毒，受到越来越多的关注。过氧乙酸会通过外加各种条件，如光，电和热等被活化产生有机自由基(如乙酰氧基自由基(CH3CO2·)、乙酰过氧自由基(CH3CO3·))、羟基自由基(·OH)和单线态氧(1O2)等多种具有强氧化能力的活性物种。微波作为一种新型活化方法，与传统加热方式相比效率更高。在微波场中，介质可以吸收微波，并将吸收的微波能量迅速转化为热能，但是只靠微波的作用，还难以实现过氧乙酸的高效率的活化。尖晶石型铁氧体，如铁酸锰，因其具有较大的表面积和高磁性被用于环境修复中，其作为催化剂，可以实现在微波体系下对过氧乙酸的快速活化。目前尖晶石型结构-铁酸锰用于在微波体系下活化过氧乙酸的研究还没有被报道，授权公告号CN 108855083 A介绍了一种改性沸石活化过氧乙酸降解水中磺胺类抗生素的方法，但是此方法反应时间较长且被降解抗生素初始浓度低，限制了过氧乙酸高级氧化的实际应用。因此，急于寻求一种新型高级氧化技术处理抗生素废水，以保护环境生态安全。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种高催化性能易回收并应用于微波体系下快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂；
本发明的第二目的是提供一种高催化性能易回收并应用于微波体系下快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法。
本发明的第三目的是提供一种高催化性能易回收并应用于微波体系下快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的应用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
(一)本发明提供一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂，具有这样的特征：催化剂为氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，是由氮化硼量子点和金属钴元素共同对铁酸锰进行改性的复合催化剂。
(二)本发明还提供了以上所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，具有这样的特征：将氯化钴和铁酸锰前驱体加入水中混合溶解，逐滴滴加氢氧化钠溶液，搅拌；随后加入氮化硼量子点，继续搅拌；最后转至微波反应釜中进行合成反应；合成反应结束后对合成物质进行洗涤，干燥，得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
进一步的，所述铁酸锰前驱体为氯化铁和氯化锰。
进一步的，氯化铁、氯化锰、氯化钴、氮化硼量子点和氢氧化钠用量比为2.7029g∶(0.494775-0.890595g)∶(0.145545-0.727575g)∶(0.001-0.005g)∶(0.01-0.1mol)。
进一步的，合成反应时间为15～60min，合成反应温度为140～200℃。
进一步的，洗涤方法为：无水乙醇和去离子水交替洗涤3～6次；
进一步的，干燥温度为50～90℃，干燥时间为2～6h。
(三)本发明还提供了以上所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的应用方法，具有这样的特征：将过氧乙酸溶液预先加入含有待处理的抗生素废水的微波反应器中，投入氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，实现抗生素的降解。
进一步的，所投加氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂与过氧乙酸溶液的质量体积比为(0.01-0.05)g：(1-5)ml；其中，过氧乙酸溶液的浓度为1～5mM；所述抗生素废水中，抗生素的浓度为20～100mg/L。
进一步的，微波反应器中，微波功率为100～300W，反应温度为30～70℃，反应时间为1～6min。
进一步的，在反应过程中，每分钟对微波反应器内的反应物进行取样并检测，以抗生素废水的去除率作为评价标准。
本发明的有益效果在于：
1、本发明合成氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，其中氮化硼量子点增强了催化剂的光电性能，促进了化学反应中电荷的转移；金属钴元素的取代引入了更多的活性金属，增强催化剂的吸波性能，还促进了氧空位的形成，这都使得体系的氧化能力提高；
2、本发明制备的氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，在循环实验中钴、锰、铁离子淋出浓度低于国家废水排放标准；
3、本发明制备的氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，具有优良的磁性，便于复合催化剂的整体回收；
4、本发明制备的氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，在微波活化过氧乙酸体系中表现出良好的催化氧化能力，在短时间内实现了抗生素废水的高效降解；
5、本发明制备的氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂具有良好的稳定性和重复利用性，在微波活化过氧乙酸体系下，多次应用后仍然对废水中的抗生素具有较高的降解性能。
附图说明
图1为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的SEM图；
图2为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的XRD图；
图3为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的FT-IR图；
图4为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的XPS图
图5为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂在微波快速活化过氧乙酸氧化降解盐酸四环素的去除效果图；
图6为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂降解盐酸四环素重复使用4次的效果图；
图7为实施例1中氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂降解盐酸四环素4次重复实验中钴、锰、铁离子淋出浓度的效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择盐酸四环素作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.494775g氯化锰和0.727575g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，使之成为混合均匀的溶液；然后在搅拌条件下滴加4M NaOH25mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加5mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀；最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为180℃30min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉，得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
对氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂进行表征，SEM图、XRD图、FT-IR图及XPS图如图1-4所示。
(2)抗生素的氧化降解：
将5ml过氧乙酸溶液(浓度为5mM)预先加入100mL含有待处理的盐酸四环素废水(浓度为100mg/L)的微波反应器中，投入0.05g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为250W，反应温度为60℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以盐酸四环素的去除率作为评价指标。采用HPLC对盐酸四环素的浓度进行测定，反应6min之后盐酸四环素的去除率达到了95.78％。其中，氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂去除盐酸四环素的效果图如图5所示。
实施例2
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择磺胺嘧啶作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.59373g氯化锰和0.58206g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，形成混合均匀的溶液，然后在搅拌条件下滴加4M NaOH 20mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加4mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀，最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为190℃20min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉。得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)抗生素的氧化降解：
将4ml过氧乙酸溶液(浓度为4mM)预先加入100mL含有待处理的磺胺嘧啶废水(浓度为80mg/L)的微波反应器中，投入0.04g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为200W，反应温度为60℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以磺胺嘧啶的去除率作为评价指标。采用HPLC对磺胺嘧啶的浓度进行测定，反应6min之后磺胺嘧啶的去除率达到了99.23％。
实施例3
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择磺胺甲恶唑作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.692685g氯化锰和0.436545g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，形成混合均匀的溶液，然后在搅拌条件下滴加4M NaOH 15mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加3mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀，最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为180℃40min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉。得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)抗生素的氧化降解：
将3ml过氧乙酸溶液(浓度为3mM)预先加入100mL含有待处理的磺胺甲恶唑废水(浓度为60mg/L)的微波反应器中，投入0.03g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为150W，反应温度为50℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以磺胺甲恶唑的去除率作为评价指标。采用HPLC对磺胺甲恶唑的浓度进行测定，反应6min之后磺胺甲恶唑的去除率达到了93.22％。
实施例4
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择环丙沙星作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.79164g氯化锰和0.29103g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，形成混合均匀的溶液，然后在搅拌条件下下滴加4M NaOH 10mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加2mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀，最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为190℃30min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉。得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)抗生素的氧化降解：
将2ml过氧乙酸溶液(浓度为2mM)预先加入100mL含有待处理的环丙沙星废水(浓度为40mg/L)的微波反应器中，投入0.02g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为150W，反应温度为50℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以环丙沙星的去除率作为评价指标。采用HPLC对环丙沙星的浓度进行测定，反应6min之后环丙沙星的去除率达到了86.84％。
实施例5
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择诺氟沙星作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.890595g氯化锰和0.145545g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，形成混合均匀的溶液，然后在搅拌条件下下滴加4M NaOH 5mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加1mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀，最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为180℃30min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉。得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)抗生素的氧化降解：
将1ml过氧乙酸溶液(浓度为1mM)预先加入100mL含有待处理的诺氟沙星废水(浓度为20mg/L)的微波反应器中，投入0.01g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为250W，反应温度为70℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以诺氟沙星的去除率作为评价指标。采用HPLC对诺氟沙星的浓度进行测定，反应6min之后盐酸四环素的去除率达到了94.25％。
实施例6
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择盐酸四环素作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.494775g氯化锰和0.727575g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，使之成为混合均匀的溶液，然后在搅拌条件下滴加4M NaOH25mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加5mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀，最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为180℃40min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉，得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的稳定性和重复性试验：
将5ml过氧乙酸溶液(浓度为5mM)预先加入100mL含有待处理的盐酸四环素废水(浓度为100mg/L)的微波反应器中，投入0.05g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为250W，反应温度为60℃，反应时间为6min，每分钟取一次样。
反应结束后回收氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂进行再生，继续进行抗生素降解实验，重复4次后对于盐酸四环素的去除效果仍在80％以上，如图6所示。
另外，通过检测每次循环实验结束后的金属元素的淋出浓度，发现三种元素的淋出浓度均低于国家标准(GT 31962-2015)，如图7所示。
实施例7
本实施例制备一种氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，并以其作为催化剂，在微波活化过氧乙酸体系，选择盐酸四环素作为目标污染物进行抗生素的氧化降解。具体技术方案如下：
(1)氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂的合成：
将2.7029g氯化铁、0.494775g氯化锰和0.727575g氯化钴溶解在20mL的超纯水中，在室温下超声处理20分钟后，使之成为混合均匀的溶液；然后在搅拌条件下滴加4M NaOH25mL以产生黑色沉淀，随后，向其中添加5mL 1mg/mL的氮化硼量子点，继续搅拌至混合均匀；最后，将混合物置于微波反应器中，微波辅助水热制备条件为180℃30min。反应完成并冷却后，反应产物用去离子水和无水乙醇洗涤，离心至上清液无色(离心条件：3000r/min，3min)。将制备的催化剂在真空干燥箱中于80℃干燥3小时并研磨成细粉，得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
(2)抗生素的氧化降解：
将5ml过氧乙酸溶液(浓度为5mM)预先加入100mL含有待处理的盐酸四环素废水(浓度为100mg/L)的微波反应器中，投入0.05g氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，微波功率为250W，反应温度为60℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以盐酸四环素的去除率作为评价指标。采用HPLC对盐酸四环素的浓度进行测定，反应6min之后盐酸四环素的去除率达到了95.78％。
另外进行了对比试验，将5ml过氧乙酸溶液(浓度为5mM)预先加入100mL含有待处理的盐酸四环素废水(浓度为100mg/L)的微波反应器中(不添加催化剂)，微波功率为250W，反应温度为60℃，反应时间为6min，每分钟取一次样，以盐酸四环素的去除率作为评价指标。采用HPLC对盐酸四环素的浓度进行测定，反应6min之后盐酸四环素的去除率只达到了19.06％。
本发明选取了具有较大表面积和高磁性的尖晶石型结构铁酸锰作为微波活化过氧乙酸高级氧化技术中的催化剂主体，铁酸锰具有良好的光化学性质，还具有成本低的优点。但是纯铁酸锰的催化性能有限，需要通过改性的方法提高其催化性能，本发明通过对铁酸锰主体进行氮化硼量子点修饰和金属取代改性，这样就增强了催化剂的光电性能，促进了化学反应中电荷的转移，引入了活性金属，提高吸波性能，促进氧空位的形成，增强了原主体的催化性能。本发明采用微波辅助水热法合成氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂，在微波快速活化过氧乙酸体系氧化降解抗生素废水，废水中抗生素类污染物的降解率可达85％～100％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂，其特征在于：
所述催化剂为氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
2.如权利要求1所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将氯化钴和铁酸锰前驱体加入水中混合溶解，逐滴滴加氢氧化钠溶液，搅拌；随后加入氮化硼量子点，继续搅拌；最后转至微波反应釜中进行合成反应；合成反应结束后对合成物质进行洗涤，干燥，得到氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂。
3.根据权利要求2所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：
所述铁酸锰前驱体为氯化铁和氯化锰。
4.根据权利要求3所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：
氯化铁、氯化锰、氯化钴、氮化硼量子点和氢氧化钠用量比为2.7029g∶(0.494775-0.890595g)∶(0.145545-0.727575g)∶(0.001-0.005g)∶(0.01-0.1mol)。
5.根据权利要求2所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：
合成反应时间为15～60min，合成反应温度为140～200℃。
6.根据权利要求2所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：
洗涤方法为：无水乙醇和去离子水交替洗涤3～6次；
7.根据权利要求2所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的制备方法，其特征在于：
干燥温度为50～90℃，干燥时间为2～6h。
8.如权利要求1～7任意一项所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的应用方法，其特征在于：
将过氧乙酸溶液预先加入含有待处理的抗生素废水的微波反应器中，投入氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂引发反应，实现抗生素的降解。
9.根据权利要求8所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的应用方法，其特征在于：
所投加氮化硼量子点修饰的金属钴元素取代铁酸锰复合催化剂与过氧乙酸溶液的质量体积比为(0.01-0.05)g：(1-5)ml；其中，过氧乙酸溶液的浓度为1～5mM；
所述抗生素废水中，抗生素的浓度为20～100mg/L。
10.根据权利要求8所述的基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂的应用方法，其特征在于：
微波反应器中，微波功率为100～300W，反应温度为30～70℃，反应时间为1～6min。
CN202210660897.5A 2022-06-13 2022-06-13 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法 Active CN114870882B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210660897.5A CN114870882B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210660897.5A CN114870882B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114870882A true CN114870882A (zh) 2022-08-09
CN114870882B CN114870882B (zh) 2023-06-23

Family

ID=82681528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210660897.5A Active CN114870882B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114870882B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114656026A (zh) * 2022-04-14 2022-06-24 重庆大学 一种无定形硼辅助活化过氧乙酸处理有机废水的方法
CN115504601A (zh) * 2022-09-29 2022-12-23 四川大学 一种基于过氧乙酸活化的医院污水杀菌除污方法
CN116116421A (zh) * 2023-03-02 2023-05-16 湘潭大学 一种微波催化降解含抗生素有机废水的方法及其催化剂
CN118649700A (zh) * 2024-08-14 2024-09-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种TMs/cBN催化剂及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108855083A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 西南交通大学 一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法
CN110354887A (zh) * 2019-08-05 2019-10-22 生态环境部华南环境科学研究所 一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂及其制备方法和应用
CN112723518A (zh) * 2020-12-08 2021-04-30 华侨大学 一种零价金属活化过氧乙酸降解水中抗生素的方法
CN113461225A (zh) * 2021-08-04 2021-10-01 四川大学 零价铁-钴双金属材料协同活化过氧乙酸处理废水的方法
CN113559903A (zh) * 2021-06-24 2021-10-29 同济大学 三明治形Co3O4@Mxenes复合材料及其制备方法和应用
CN113617350A (zh) * 2021-08-11 2021-11-09 北京林业大学 一种缺陷碳材料及其制备方法和应用
CN114471654A (zh) * 2022-01-05 2022-05-13 兰州理工大学 一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108855083A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 西南交通大学 一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法
CN110354887A (zh) * 2019-08-05 2019-10-22 生态环境部华南环境科学研究所 一种用于光催化降解抗生素的可磁分离的催化剂及其制备方法和应用
CN112723518A (zh) * 2020-12-08 2021-04-30 华侨大学 一种零价金属活化过氧乙酸降解水中抗生素的方法
CN113559903A (zh) * 2021-06-24 2021-10-29 同济大学 三明治形Co3O4@Mxenes复合材料及其制备方法和应用
CN113461225A (zh) * 2021-08-04 2021-10-01 四川大学 零价铁-钴双金属材料协同活化过氧乙酸处理废水的方法
CN113617350A (zh) * 2021-08-11 2021-11-09 北京林业大学 一种缺陷碳材料及其制备方法和应用
CN114471654A (zh) * 2022-01-05 2022-05-13 兰州理工大学 一种氮化硼类材料锚定铁酸钴复合催化剂的制备及在催化降解土霉素中应用

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINGWEN WANG ET AL.: "Applying a novel advanced oxidation process of activated peracetic acid by CoFe2O4 to efficiently degrade sulfamethoxazole", 《APPLIED CATALYSIS B》, vol. 280, pages 119422 *
LEI ZHU ET AL.: "Enhanced heterogeneous degradation of sulfamethoxazole via peroxymonosulfate activation with novel magnetic MnFe2O4/GCNS nanocomposite", 《COLLOIDS AND SURFACES A: PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS》, vol. 621, pages 126531 *
SHUO LI ET AL.: "Introduction of oxygen vacancy to manganese ferrite by Co substitution for enhanced peracetic acid activation and 1O2 dominated tetracycline hydrochloride degradation under microwave irradiation", 《WATER RESEARCH》, vol. 225, pages 119176 *
YINHAO DAI ET AL.: "Enhanced degradation of sulfamethoxazole by microwave-activated peracetic acid under alkaline condition: Influencing factors and mechanism", 《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》, vol. 288, pages 120716 *
赵东媛: "磁性核壳纳米材料的可控制备及其净水性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 1 *
黄晓丹等: "改性生物炭催化过硫酸氢钾降解染料废水中罗丹明6G的研究", 《化学研究与应用》, vol. 31, no. 5 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114656026A (zh) * 2022-04-14 2022-06-24 重庆大学 一种无定形硼辅助活化过氧乙酸处理有机废水的方法
CN115504601A (zh) * 2022-09-29 2022-12-23 四川大学 一种基于过氧乙酸活化的医院污水杀菌除污方法
CN115504601B (zh) * 2022-09-29 2023-10-27 四川大学 一种基于过氧乙酸活化的医院污水杀菌除污方法
CN116116421A (zh) * 2023-03-02 2023-05-16 湘潭大学 一种微波催化降解含抗生素有机废水的方法及其催化剂
CN116116421B (zh) * 2023-03-02 2024-06-11 湘潭大学 一种微波催化降解含抗生素有机废水的方法及其催化剂
CN118649700A (zh) * 2024-08-14 2024-09-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种TMs/cBN催化剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114870882B (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114870882B (zh) 一种基于微波快速活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法
Ruales-Lonfat et al. Iron oxides semiconductors are efficients for solar water disinfection: a comparison with photo-Fenton processes at neutral pH
CN109364939B (zh) 利用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料去除抗生素的方法
CN106807376B (zh) 一种磁性纳米复合催化剂及其制备方法与应用
CN113877581B (zh) 一种铁酸铜尖晶石材料及其制备方法与应用
CN107352730B (zh) 一种磁性导电高分子协同微波还原水中六价铬的方法
CN110152671B (zh) 一种复合金属氧化物硅藻土催化剂及其制备方法和应用
CN114887628A (zh) 一种磁性Fe3O4/MnO2复合催化剂及其制备方法和应用
CN117358281A (zh) 一种快速去除水中抗生素MnFe-LDH/g-C3N4复合催化剂制备
CN110624574B (zh) 一种双Bi4O5I2光催化材料的制备方法及其降解MC-LR的应用
CN114029078B (zh) 一种快速活化过硫酸盐氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法
CN115869964B (zh) 一种以泡沫镍为基底的钴锰复合材料及其制备方法与应用
CN108439529B (zh) 利用铁酸铋/钨酸铋异质结光催化材料去除水体中罗丹明b的方法
CN114950432B (zh) 一种三维中空结构的铁/氮掺杂的碳基催化剂及其制备方法和应用
CN115888775B (zh) 一种基于微波快速活化高碘酸盐氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法
CN114768792B (zh) 一种用于污水处理的净化剂及其制备方法
CN114588946A (zh) 一种二价铁掺杂Fe-MOF基复合材料的制备方法及其应用
CN113244929A (zh) 铁铋氧化物Bi2Fe4O9的制备方法及在有机废水处理中的应用
CN116282465B (zh) 一种微波活化高碘酸盐快速氧化降解PPCPs废水的方法
CN117680181B (zh) 一种超高负载量的单原子铜催化剂及其制备方法与应用
CN115245825B (zh) 一种由动物粪便转化的类芬顿催化剂及其合成方法与应用
CN114534725B (zh) 一种Fe-Cu@坭兴陶复合光-Fenton催化剂及其制备方法和应用
CN117718068A (zh) 一种碳催化剂和合成方法及应用
CN117244572A (zh) 一种光辅助活化过氧乙酸氧化降解抗生素废水催化剂及其制备和应用方法
CN117427683A (zh) 一种氮掺杂的磁性多孔碳材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant