本發(fā)明涉及包含金屬氧化物的催化劑，特別涉及一種光催化降解陰離子染料的多相coxalo4催化劑。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)染料廢水排放問題日益嚴(yán)重，難降解染料分子的持久性和毒性對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了重大威脅。染料、顏料在紡織和皮革等工業(yè)中廣泛使用，難以在常規(guī)生物處理過程中降解，導(dǎo)致它們在水體中累積。傳統(tǒng)的物理化學(xué)技術(shù)如吸附和高級氧化可以獲得較高的去除效率，但它們的性價比通常較低，并可能導(dǎo)致二次污染。

2、在新興方法中，光催化可利用光能分解有害污染物，逐漸成為最有前景的技術(shù)之一。特別是對于在紡織、皮革和食品等行業(yè)中廣泛使用的染料的光催化降解，已成為主要研究領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者研究開發(fā)了種類繁多的催化劑用于有機污染物的降解，其中二氧化鈦（tio2）是最廣泛研究的光催化劑之一。為了獲得更高的光利用效率和污染物降解速率，近期的研究開始集中在開發(fā)更高效和更經(jīng)濟的替代品上。在這些材料中，基于金屬氧化物的催化劑，尤其是多相鈷鋁氧化物（coxaloy），由于其獨特的電子性能、高穩(wěn)定性和優(yōu)秀的催化效率而受到關(guān)注。

3、相較于傳統(tǒng)tio2，多相coxaloy催化劑具有明顯優(yōu)勢：可吸收光譜范圍更廣，提高能量利用效率，且具有獨特的氧化還原性質(zhì)和更高的電子轉(zhuǎn)移能力，從而獲得更高的催化效率。多相coxaloy催化劑更穩(wěn)定、耐用、不易發(fā)生光腐蝕，且成本效益高，適合大規(guī)模應(yīng)用。更重要的是，它們可以在溫和的反應(yīng)條件下分解各種有機污染物，這使它們對于實際環(huán)境應(yīng)用特別有吸引力。

4、利用檸檬溶膠-凝膠法制備的納米coal2-xlaxo4催化劑在可見光下對羅丹明b的光催化降解活性機制顯示，羥基和超氧陰離子自由基是主要的活性物質(zhì)。多相coal2o4/zno進行剛果紅（cr）的光降解表明，自由基o2-是cr光氧化的原因。太陽光光催化通過uva太陽光激活zno提高了cr的降解性能。此外，coalo4催化劑在氧化反應(yīng)、燃燒、co2甲烷化反應(yīng)等領(lǐng)域也被廣泛研究。但作為陰離子染料光降解的光催化劑研究較少。盡管具有上述優(yōu)勢，但多相鈷鋁氧化物仍面臨如光吸收范圍有限、聚集以及由于鈷離子溶解造成的潛在環(huán)境危害等挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于公開了一種光催化降解陰離子染料的多相coxalo4催化劑，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的一個或多個技術(shù)問題，提供至少一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。

2、本發(fā)明第一方面在于提供一種多相鈷鋁氧化物催化劑。

3、本發(fā)明第二方面在于提供本發(fā)明第一方面所述多相鈷鋁氧化物催化劑的制備方法。

4、本發(fā)明第三方面在于提供本發(fā)明第一方面所述多相鈷鋁氧化物催化劑的應(yīng)用方向。

5、本發(fā)明第一方面所述多相鈷鋁氧化物催化劑的原料包括co(no3)3·6h2o、al(no3)3·9h2o、nh4f和尿素。所述多相鈷鋁氧化物催化劑的化學(xué)式為coxalo4，其中x為1.2~1.8。coxalo4是一種多相的物理混合物，具有最較高的吸附強度，這歸因于其類似花朵的分級結(jié)構(gòu)和3.77?ev的帶隙能量（eg），具有較高的散射和電子轉(zhuǎn)移效率。其中co3o4作為電子轉(zhuǎn)移的中繼中心，而al2o3則作為支持系統(tǒng)提高穩(wěn)定性，co3o4與al2o3的固定化可以提高光催化劑對污染物降解的活性，減少電子-空穴對的復(fù)合，降解染料過程遵循準(zhǔn)一級反應(yīng)機制，促進染料分子的顯著礦化。經(jīng)驗證，coxalo4納米復(fù)合材料可以有效利用紫外線能量進行染料脫色，并且在多次循環(huán)中保持高水平的光催化活性，突顯了其實用性和可持續(xù)性。

6、本發(fā)明第二方面所述制備方法包括以下步驟：

7、（1）使用蒸餾水分別溶解co(no3)3·6h2o、al(no3)3·9h2o、nh4f和尿素，將溶液倒入反應(yīng)釜；

8、（2）加熱反應(yīng)釜，以水熱法使反應(yīng)釜內(nèi)的原料完全反應(yīng)；

9、（3）收集反應(yīng)釜內(nèi)的沉淀物，清洗后脫水，即得所述多相鈷鋁氧化物催化劑。

10、上述制備方法能夠制得納米級別的coxalo4，納米級別的所述多相鈷鋁氧化物催化劑具有高比表面積、尺寸效應(yīng)、局域電子效應(yīng)等優(yōu)勢，使其在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的活性、選擇性和效率。

11、在進一步的應(yīng)用實施方式中，所述反應(yīng)釜的內(nèi)襯選自聚四氟乙烯（ptfe）、聚苯硫醚樹脂（pps）、聚醚醚酮樹脂（peek）、聚酰亞胺（pi）或苯基硅橡膠。所述內(nèi)襯選用具有化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫、不沾性、具有一定機械強度以及無毒性等特性的材料，保證了材料合成過程中容器不參與反應(yīng)，便于合成物從容器中分離。

12、在進一步的應(yīng)用實施方式中，所述原料的總體積不大于所述反應(yīng)釜容積的70%。由于使用的是水熱法反應(yīng)，因此預(yù)留30%的空間，防止水熱沸騰出現(xiàn)安全問題。

13、在進一步的應(yīng)用實施方式中，加熱反應(yīng)的溫度為100±1℃。選用不銹鋼材質(zhì)的反應(yīng)釜，通過電爐控制反應(yīng)溫度，保證材料穩(wěn)定合成，形成較為平均的微觀結(jié)構(gòu)。

14、在進一步的應(yīng)用實施方式中，加熱反應(yīng)的持續(xù)時間不少于24小時，以保證合成反應(yīng)充分進行。

15、在進一步的應(yīng)用實施方式中，所述清洗是分別使用乙醇和蒸餾水對反應(yīng)產(chǎn)物進行洗滌，去除合成副產(chǎn)物，充分釋放材料表面吸附位點。

16、在進一步的應(yīng)用實施方式中，所述脫水處理的溫度為60±1℃。該溫度范圍內(nèi)可以控制產(chǎn)物性質(zhì)的同時加速脫水，避免過高溫度可能影響材料性質(zhì)，也避免過低溫度脫水時間過長。

17、本發(fā)明第二方面所述應(yīng)用是指所述多相鈷鋁氧化物催化劑可用于光催化降解陰離子染料，更進一步是用于凈化工業(yè)染料廢水。

18、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的有益效果包括：采用水熱法制備所述多相鈷鋁氧化物催化劑，制得的所述多相鈷鋁氧化物催化劑以co3o4作為電子轉(zhuǎn)移的中繼中心，al2o3作為支撐系統(tǒng)。sem微結(jié)構(gòu)圖像顯示，原始co3o4具有聚集的棒狀結(jié)構(gòu)，其表面積較小，降低了催化效率；而所述多相鈷鋁氧化物催化劑由于其花瓣狀納米結(jié)構(gòu)，增加了表面積，從而提高了反應(yīng)性，使其更適合表面相互作用的應(yīng)用。微結(jié)構(gòu)的差異決定了材料在特定應(yīng)用中的性能和適用性。穩(wěn)態(tài)熒光驗證了所述多相鈷鋁氧化物催化劑的最佳組合為光生電子的傳輸提供了新的途徑，與純co3o4相比，光生電子-空穴對復(fù)合率降低，電荷載流子的有效分化提高了光催化效率。所述多相鈷鋁氧化物催化劑在分解各種陰離子染料時具有很高的光催化活性和良好的穩(wěn)定性。所述多相鈷鋁氧化物催化劑在紫外光下表現(xiàn)出良好的可回收性，表明其應(yīng)用于實際水處理中的可行性。

技術(shù)特征：

1.多相鈷鋁氧化物催化劑，其特征在于，原料包括co(no3)3·6h2o、al(no3)3·9h2o、nh4f和尿素。

2.權(quán)利要求1所述多相鈷鋁氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，包括步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜的內(nèi)襯選自聚四氟乙烯、聚苯硫醚樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚酰亞胺或苯基硅橡膠。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述原料的總體積不大于所述反應(yīng)釜容積的70%。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，加熱反應(yīng)的溫度為100±1℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，加熱反應(yīng)的持續(xù)時間不少于24小時。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述清洗是分別使用乙醇和蒸餾水對反應(yīng)產(chǎn)物進行洗滌。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述脫水處理的溫度為60±1℃。

9.權(quán)利要求1所述多相鈷鋁氧化物催化劑在廢水凈化中的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求1所述多相鈷鋁氧化物催化劑在光催化降解陰離子染料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種光催化降解陰離子染料的多相Co<subgt;x</subgt;AlO<subgt;4</subgt;催化劑。所述多相鈷鋁氧化物催化劑的原料包括Co(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、Al(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·9H<subgt;2</subgt;O、NH<subgt;4</subgt;F和尿素。其制備方法包括：使用蒸餾水溶解原料并倒入反應(yīng)釜；加熱至完全反應(yīng)；收集沉淀物，清洗后脫水，即得所述多相鈷鋁氧化物催化劑。實例證明，制得的所述多相鈷鋁氧化物催化劑在分解各種陰離子染料時具有很高的光催化活性和良好的穩(wěn)定性；在紫外光下也表現(xiàn)出良好的可回收性，表明其在水處理中的實際應(yīng)用。本發(fā)明為開發(fā)高效、環(huán)保的光催化物質(zhì)提供了新思路，為修復(fù)受染料污染的廢水提供了可行的選擇。

技術(shù)研發(fā)人員：艾里塔里克,肖曄遠,李依微
受保護的技術(shù)使用者：汕頭大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8