本發(fā)明屬于水環(huán)境中微污染物去除和環(huán)境功能材料領(lǐng)域，具體來說涉及一種co摻雜ceo2催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類生產(chǎn)生活的進(jìn)步，水環(huán)境中微污染物不斷檢出，其潛在危害不容忽視。微污染物具有的種類多、濃度低、難降解和易于生物富集等特點(diǎn)，這決定其對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康具有潛在威脅。過一硫酸鹽(pms)的類芬頓高級氧化技術(shù)作為一種污水深度處理技術(shù)能夠產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的活性氧物種，在去除微污染物方面被認(rèn)為是最有前景的技術(shù)之一。盡管pms是強(qiáng)氧化劑，但它與大多數(shù)微污染物直接反應(yīng)太慢，需要對其進(jìn)行活化。電子傳遞效率低和電子循環(huán)性差是限制pms活化進(jìn)而影響高效去除微污染物的關(guān)鍵難題。而光催化技術(shù)產(chǎn)生光生電子能夠有效驅(qū)動電子循環(huán)。由此，用光驅(qū)動pms活化加速氧化還原反應(yīng)將能夠?qū)崿F(xiàn)對有機(jī)微污染物的高效降解。

2、相比于均相催化劑，使用非均相催化劑對pms活化進(jìn)行降解反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)在于非均相催化劑如固相催化劑可以通過過濾或離心等操作從反應(yīng)后的體系中分離，從而實(shí)現(xiàn)催化劑循環(huán)利用，還能有效控制產(chǎn)物中的金屬殘留，降低二次污染風(fēng)險，對環(huán)境友好且能夠有效控制成本，更利于實(shí)際應(yīng)用。二氧化鈰(ceo2)作為一種重要的稀土金屬氧化物，因其價態(tài)躍遷而具有良好的電子/離子電導(dǎo)率和可逆的表面氧離子交換性，從而具有高的儲/放氧能力和優(yōu)異的氧化還原性能，在各催化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，由于ceo2化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，可見光吸附能力低，電子-空穴復(fù)合速度快，難以被可見光激發(fā)，也難以對pms進(jìn)行活化，因此需要對其進(jìn)行調(diào)控。元素?fù)诫s策略可以調(diào)節(jié)ceo2的能帶結(jié)構(gòu)，顯著優(yōu)化其光催化性能，使其更適合降解水中的有機(jī)微污染物。過渡金屬或過渡金屬氧化物常被用于活化pms，先前的研究表明，co能有效激活pms從而產(chǎn)生活性氧物種。然而，個別co基催化劑或氧化物存在金屬泄露問題，不僅影響催化劑的催化活性還會造成水體環(huán)境的二次污染，從而威脅生態(tài)安全和人類健康。具體來講，co屬于重金屬的一種，水環(huán)境中高濃度的鈷離子會對人類健康造成嚴(yán)重威脅，致使人類患病如低血壓、癱瘓和腹瀉等，也會導(dǎo)致活細(xì)胞的基因突變，這些限制了它的廣泛應(yīng)用。因此，解決催化效率較低、降解效率慢和金屬浸出等問題仍是一個難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種co摻雜ceo2催化劑，該co摻雜ceo2催化劑通過co摻雜ceo2作為電子供體來實(shí)現(xiàn)光驅(qū)動pms活化加速氧化還原反應(yīng)來高效的對微污染物降解，通過引入氧空位缺陷結(jié)構(gòu)以及調(diào)整co的摻雜比例對催化劑進(jìn)行優(yōu)化，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，從而為處理水環(huán)境中的微污染物提供有效解決方案。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種co摻雜ceo2催化劑的制備方法。

3、本發(fā)明的另一目的在于提供一種co摻雜ceo2催化劑在光催化活化pms降解污染物中的應(yīng)用。

4、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

5、一種co摻雜ceo2催化劑，包括：具有氧空位缺陷的ceo2以及摻雜在ceo2中的co。

6、在上述技術(shù)方案中，co摻雜ceo2催化劑為納米棒狀結(jié)構(gòu)。

7、一種co摻雜ceo2催化劑的制備方法，包括以下步驟：

8、步驟1，將ce源和co源溶解在溶劑中，在攪拌下加入naoh溶液，繼續(xù)攪拌，得到懸浮液，其中，按物質(zhì)的量份數(shù)計，所述ce源中ce和co源中co的比為4:(0.02～0.06)。

9、在所述步驟1中，按物質(zhì)的量份數(shù)計，所述ce源中ce和co源中co的比為4:(0.04～0.06)。

10、在所述步驟1中，所述ce源為ce(no3)3·6h2o，所述co源為co(no3)3·6h2o，所述溶劑為去離子水。

11、在所述步驟1中，所述ce源中ce的物質(zhì)的量份數(shù)、溶劑的體積份數(shù)和naoh溶液的體積份數(shù)的比為4：(4.5～5.5)：(34.5～35.5)，所述物質(zhì)的量份數(shù)的單位為mmol，所述體積份數(shù)的單位為ml。

12、在所述步驟1中，所述naoh溶液為naoh和水的混合物，naoh溶液中naoh的濃度為5.5～6.5mol/l。

13、在所述步驟1中，所述繼續(xù)攪拌的時間為55～65min，繼續(xù)攪拌的溫度為室溫。

14、步驟2，將懸浮液于98～102℃加熱反應(yīng)至少24h，離心，得到沉淀物，將沉淀物洗滌，干燥，得到固體材料；

15、在所述步驟2中，所述加熱反應(yīng)的時間優(yōu)選為24～24.5h。

16、在所述步驟2中，所述離心的轉(zhuǎn)速為10000～11000r/min，離心的時間為3～5min。

17、在所述步驟2中，所述洗滌的操作包括依次用去離子水和乙醇各洗滌至少為3次。

18、在所述步驟2中，所述干燥的溫度為55～65℃，干燥的時間至少為12h。

19、步驟3，將固體材料在還原氛圍下于695～705℃煅燒至少50min，得到co摻雜ceo2催化劑。

20、在所述步驟3中，所述還原氛圍為氫氣和氬氣的混合氣體，混合氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為5～6％，混合氣體中氬氣的體積分?jǐn)?shù)為94～95％。

21、在所述步驟3中，所述煅燒的時間為55～65min。

22、上述co摻雜ceo2催化劑在光催化活化pms降解污染物中的應(yīng)用。

23、在上述技術(shù)方案中，所述污染物為環(huán)丙沙星(cip)、對乙酰氨基酚(apap)、磺胺甲惡唑(smx)、亞甲基藍(lán)(mb)、羅丹明b(rhb)或四環(huán)素(tc)。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、(1)本發(fā)明制備的co摻雜ceo2催化劑在光驅(qū)動下使pms活化加速氧化還原反應(yīng)進(jìn)而降解體系中的微污染物。co摻雜ceo2催化劑具有良好的降解效果，對典型的微污染物環(huán)丙沙星的降解率達(dá)到94.27％，除此之外，co摻雜ceo2催化劑還可應(yīng)用于多種抗生素類以及染料類污染物的降解和去除，如對乙酰氨基酚(apap)的降解率為96.08％，對亞甲基藍(lán)(mb)和羅丹明b(rhb)的降解率都為100％，其應(yīng)用范圍廣泛，應(yīng)用前景良好。

26、(2)本發(fā)明制備的co摻雜ceo2催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)在60min內(nèi)實(shí)現(xiàn)對環(huán)丙沙星98.15％的降解率，大大提高了催化效率和降解速度。

27、(3)本發(fā)明的制備方法通過引入氧空位缺陷結(jié)構(gòu)和確定co的摻雜比例來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能co摻雜ceo2催化劑的選擇和制備。設(shè)計豐富的氧空位缺陷將可能作為電子陷阱位點(diǎn)，在光照下定向驅(qū)動電子向co原子集中，形成高度集中的電子密度。摻雜的co通過價態(tài)轉(zhuǎn)變參與到氧化還原反應(yīng)中，提供金屬反應(yīng)位點(diǎn)，驅(qū)動體系中電子傳遞，顯著提高pms氧化效率，從而提高對污染物的降解率，為過渡金屬摻雜催化劑在微污染物處理中的應(yīng)用提供了有效可行的方法。

28、(4)本發(fā)明采用的原料簡單(ce(no3)3·6h2o、co(no3)3·6h2o和naoh)，成本較低且易得，利于規(guī)?；茝V，制備方法簡易且耗時短，既可用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的小范圍操作，也有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

29、(5)本發(fā)明制備的co摻雜ceo2催化劑摻雜有鈷金屬，其鈷離子的泄漏量遠(yuǎn)低于現(xiàn)有及新建企業(yè)水污染物排放濃度限值及單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水限值，有效把控金屬殘留，降低對水體環(huán)境二次污染的風(fēng)險，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用潛力。