[發(fā)明專利]三維納米鈣鈦礦型復(fù)合異相Fenton催化劑的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210425882.7
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103785394A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國華;曹金磊;趙紅穎
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/843
• 分類號: B01J23/843;C02F1/72
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域中異相Fenton催化劑的制備及應(yīng)用，尤其是涉及一種三維納米鈣鈦礦型復(fù)合異相Fenton催化劑的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

水環(huán)境有機(jī)污染是當(dāng)前水環(huán)境存在的重大問題，尤其是持久性難降解有機(jī)污染物的危害更為嚴(yán)重，這類難降解有機(jī)污染物在水中存在的時(shí)間長、范圍廣、而其危害大、處理難度大，其處理技術(shù)的研究一直深受國內(nèi)外環(huán)?？萍冀绲年P(guān)注。近年來，以臭氧氧化、催化濕式氧化、電化學(xué)氧化、光催化氧化、聲化學(xué)氧化、超聲協(xié)同氧化、Fenton(芬頓)催化氧化等為代表的高級氧化技術(shù)(Advanced?OxidationProcesses簡稱AOP)的出現(xiàn)為我們提供了處理水體中污染物的新思路。高級氧化技術(shù)以產(chǎn)生氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)活性高的羥基自由基(·OH)為特點(diǎn)，通過由不同途徑產(chǎn)生的羥基自由基誘發(fā)一系列自由基鏈反應(yīng)，無選擇地直接攻擊水體中的各種污染物，將污染物降解成無毒或者低毒的小分子物質(zhì)，甚至直接礦化為二氧化碳、水和其他礦物鹽，達(dá)到無害化目的。因此不斷提高·OH的生成率和利用率是高級氧化技術(shù)的重要課題。

Fenton氧化法是以H₂O₂為主體的高級氧化技術(shù)，是近二十年來高級氧化技術(shù)中最為活躍和引人注目的研究領(lǐng)域之一。其實(shí)質(zhì)是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下生成高活性的羥基自由基(·OH)，其氧化電位高達(dá)+2.8V，可以與絕大多數(shù)有機(jī)化合物發(fā)生親電加成反應(yīng)，取代反應(yīng)和電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而使有機(jī)物氧化降解。此方法能氧化去除一般水處理技術(shù)無法降解的有機(jī)物。但是均相反應(yīng)過程需要50-80ppm的鐵離子濃度，遠(yuǎn)高于歐盟指導(dǎo)委員會(huì)對于水體中鐵離子濃度不能超過2ppm的規(guī)定。普通Fenton法的氧化效率受到體系pH、反應(yīng)溫度、H₂O₂的投加方式、反應(yīng)時(shí)間和催化劑投加量的影響；而且普通Fenton法不能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物充分礦化，原始物會(huì)部分轉(zhuǎn)化為某些中間產(chǎn)物與Fe²⁺形成絡(luò)合物，或者抑制羥基自由基的生成，處理后污泥中的鐵離子難以分離。反應(yīng)要求操作的pH值為3.0左右，條件苛刻，需要預(yù)先調(diào)節(jié)水的酸性，從而增加運(yùn)行成本。另外H₂O₂的利用效率不高也是普通芬頓氧化法的一個(gè)明顯缺陷。

與傳統(tǒng)的均相Fenton法相比，異相Fenton法是以鐵氧化物、含鐵的復(fù)合氧化物為固體Fenton催化劑，或者將含鐵的固體物質(zhì)或者將鐵離子固定在載體上，與H₂O₂構(gòu)成的反應(yīng)體系，在對廢水進(jìn)行處理時(shí)，有機(jī)物分子首先吸附到催化劑表面，在鐵離子和H₂O₂的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，降解后的產(chǎn)物脫附回到溶液中，既實(shí)現(xiàn)了污染物的降解，又不會(huì)造成二次污染，有效的改善均相Fenton方法中存在的缺點(diǎn)。

目前主要的異相Fenton催化材料有針鐵礦(α-FeOOH)、纖鐵礦(γ-FeOOH)、赤鐵礦(α-Fe²O³)、磁赤鐵礦(γ-Fe²O³)、磁鐵礦(Fe³O⁴)和復(fù)合氧化物(如：Fe@Fe³O⁴、Fe²O³@Fe³O⁴、CeO₂@Fe³O⁴)、以及負(fù)載型氧化物(其中載體有：柱撐粘土、沸石、介孔分子篩、活性炭等)。然而目前的大多數(shù)異相芬頓技術(shù)處理方法的效率不高，pH值依然在2～4范圍內(nèi)效果較好；反應(yīng)過程中活性組分易溶出，這不僅造成了催化劑的失活，難重復(fù)使用。因此，探索和開拓更為高效、穩(wěn)定的異相Fenton催化劑、實(shí)現(xiàn)在中性乃至在寬pH范圍內(nèi)處理難降解污染物，是Fenton技術(shù)的發(fā)展趨勢，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，也一直是國內(nèi)外環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種兼?zhèn)涓叽呋钚?、高穩(wěn)定性的雙功能一體化異相芬頓材料(負(fù)載含鐵納米鈣鈦礦的碳?xì)饽z催化劑)的制備方法及應(yīng)用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：