[發明專利]一種微米級類芬頓催化劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310115822.X
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN103285862A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 唐和清;丁耀彬;朱麗華;韓小彥
• 申請（專利權）人: 中南民族大學;華中科技大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C01G49/00;G01N21/33;G01N21/64;C02F1/72
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏惠忠

技術領域

本發明涉及催化領域，特別涉及赤銅鐵礦結構的CuFeO₂具有類芬頓(Fenton)催化活性，它能在近中性、室溫及無外能量的條件下高效地活化過氧化氫和過硫酸鹽，從而使有機污染物分解并礦化，也可應用于過氧化氫的分析和水污染處理。

技術背景

我國是一個缺水大國。而環境污染特別是水污染將進一步減少可利用的水資源，制約我國經濟和社會的發展。常見的污水處理方法有物理法、化學法和微生物法。物理法只能實現對污染物的轉移，并不能消除其環境危害。生物法是最常見的污水處理方法，但其處理周期長，而且對于含有大量的高毒性、難降解的有機污染物的工業廢水的處理效果不佳。而以羥自由基和硫酸根自由基為基礎的高級氧化技術，由于自身具有極強的氧化能力，能將有機污染物轉化為無害的CO₂和H₂O，而被廣泛關注。

經典的芬頓(Fenton)反應(Fe²⁺和H₂O₂)作為最早且最為常用倒高級氧化技術，已被廣泛應用于廢水的處理。但此方法一般只適用于pH小于3的酸性體系，而大部分廢水的pH在6-9之間，因此在用Fenton反應處理前，需要對廢水進行酸化，從而增加了處理成本。Cu²⁺同樣具有活化H₂O₂、產生強氧化性的羥自由基的能力，且Cu²⁺能夠在中性pH環境中應用，因而也被應用于污水的處理。但由于Fe²⁺和Cu²⁺在水中有色，沉淀它們導致大量廢渣的產生，從而使得后處理過程耗時、費力、費錢。因此，人們期待開發含Fe或Cu的多相催化劑(Lee，C.H.；Keenan，C.R.；Sedlak，D.L.Environ.Sci.Technol.2008，42，4921-4926。Wang，N.；Zhu，L.H.；Wang，D.L.；Wang，M.Q.；Lin，Z.F.；Tang?H.Q.Ultrason.Sonochem.2010，17，526-533)。但這些多相催化劑通常活性不高。我們課題組利用超聲強化和有機配體原位修飾改性的方法，提高該類Fenton催化體系對污染物的處理效果(Wang，N.；Zhu，L.H.；Wang，M.Q.；Wang，D.L.；Tang，H.Q.Ultrason.Sonochem.2010，17，78-83。Wang，M.Q.；Wang，N.；Tang，H.Q.；Cao，M.J.；She，Y.B.；Zhu，L.H.Catal.Sci.Technol.2012，2，187-194。Wang，N.；Zhu，L.H.；Li，M.；She，Y.B.；Cao，M.J.；Tang，H.Q.ACS?Catal.2011，1，1193-1202)。但這些體系需要消耗額外的能量(超聲)，或引入有機配體(會帶來二次污染)。另外，現已報道的相關多相催化劑幾乎都是納米催化劑，盡管納米尺度對提高催化劑的催化性能有利，但由于難于分離，不利于其在廢水處理的實際應用。因此，開發高活性和易回收的多相類Fenton催化劑是多相類Fenton體系能在處理工業和生活廢水中應用的關鍵所在。

活化過硫酸鹽產生強氧化性的硫酸根自由基應用于環境有機污染物的治理，是國外最近發展起來的新領域，是目前最具有應用潛力的高級氧化技術之一。過硫酸鹽高級氧化技術具有氧化劑本身穩定性好、產生的SO₄^·-自由基氧化能力強、受pH影響小、氧化劑利用率高和無毒無害等優點，在有機污染物的降解及地下水和土壤修復中有著廣泛的應用(Lau，T.K.；Chu，W.；Graham，N.Environ.Sci.Technol.2007，41，613-619)。過硫酸鹽主要包括過一硫酸鹽和過二硫酸鹽。