[發明專利]磁性納米銅鐵羥基氧化物的制備及其在催化臭氧氧化除污染中的應用

有效

• 申請號: 201410293645.9
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104069860A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 齊飛;郭楊;徐冰冰;孫德智
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/10;C02F1/78;C02F101/38
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技術領域

本發明涉及一種磁性納米銅鐵羥基氧化物催化劑的制備及其催化臭氧氧化除污染技術。

背景技術

近年來，藥物及個人護理品(PPCPs)作為一種新興污染物日益受到人們的關注。許多PPCPs組分具有較強的生物活性、旋光性和極性，大都以痕量濃度存在于水環境中。獸類醫藥、農用醫藥、人類服用醫藥以及化妝品的使用是其導入環境的主要方式。由于該類物質在被去除的同時也在源源不斷地被引入到環境中，人們還將其稱為“偽持續性”污染物。被PPCPs污染的水進入人體，等于吞吃了副作用不明的藥物，各種化學物質在人體內交互反應，產生化學反應，這種危害首先體現在對人體生殖系統的嚴重傷害。非那西丁作為一種抗生素，是一種解熱鎮痛藥，常用于治療發熱頭痛，神經痛等，但其在地表水、地下水、飲用水、土壤、污泥中的出現(通常在ng/L～μg/L)，將會給水環境質量和生態系統安全帶來隱患。因此，應該加強對對中PPCPs的強化去除效率。

傳統的給水處理和污水處理工藝都不能有效去除水中的PPCPs，因此有必要采用高級氧化技術進行深度處理。催化臭氧氧化技術是基于臭氧的高級氧化技術，它將臭氧的強氧化性和催化劑的吸附、催化特性結合起來，能較為有效地解決水中有機物降解不完全的問題。同時，多相催化臭氧化法利用固體催化劑在常壓下加速液相(或氣相)的氧化反應，催化劑以固態存在，易于與水分離，二次污染少，簡化了處理流程，因而越來越引起人們的廣泛重視。多相催化劑主要有三種作用：

(1)吸附有機物，對那些吸附容量比較大的催化劑，當水與催化劑接觸時，水中的有機物首先被吸附在這些催化劑表面，形成有親和性的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。

(2)催化活化臭氧分子，這類催化劑具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，臭氧分子在這類催化劑的作用下易于分解產生如羥基自由基之類有高氧化性的自由基，從而提高臭氧的氧化效率。

(3)吸附和活化協同作用，這類催化劑既能高效吸附水中有機污染物，同時又能催化活化臭氧分子，產生高氧化性的自由基，在這類催化劑表面，有機污染物的吸附和氧化劑的活化協同作用，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。

在多相催化臭氧化技術中涉及的催化劑主要是金屬氧化物(Al₂O₃、MnO₂等)、負載于載體上的金屬或金屬氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃等)以及具有較大比表面積的孔材料。這些催化劑的催化活性主要表現對臭氧的催化分解和促進羥基自由基的產生。雖然多相催化劑具有分離條件簡單甚至不需要分離(如氣固兩相催化)，可以不間斷流水作業的優點；但是大多數多相催化劑是利用高溫或水熱燒結制成的氧化物，其只能利用表面部分催化活性點，催化活性相對較差且催化性能不穩定。研究表明，一般可以通過增大比表面積和增加表面羥基密度的辦法來改善催化性能。

磁性納米銅鐵羥基氧化物催化劑是以鐵鹽和銅酸鹽為關鍵活性組分，集成了Fe_x(OH)_y、Cu_x(OH)_y二元金屬羥基氧化物的表面特性，不僅具有較大的比表面積，同時較高的表面羥基基團密度是提供其催化活性的另一重要因素。更重要的是，磁性納米銅鐵羥基氧化物具有磁性，可以采用磁場將粉末狀態的催化劑分離于水相之外。該催化劑可以應用于臭氧催化氧化技術，有效提高對水體中的非那西丁等藥物及個人護理品去除效果，起到對非那西丁的除污染效果，以獲得更優質、穩定的出水，是一種具有廣闊應用前景的催化劑。

發明內容

本發明的目的是針對去除水中存在痕量非那西丁現有的水處理技術存在的不足和缺陷，提出一種含非那西丁等PPCPs的水體凈水用催化劑的制備方法。磁性納米銅鐵羥基氧化物催化劑，可以顯著提高常規給水處理工藝對含非那西丁水體的除污染效果，獲得良好的出水水質。與其他催化劑相比，磁性納米銅鐵羥基氧化物催化劑對非那西丁等PPCPs的去除效果極佳，并且可以采用磁場分離粉末催化劑，提高催化劑的循環使用效率。

1.本發明的技術方案如下：

磁性納米銅鐵羥基氧化物催化劑的制備方法可以通過以下幾個步驟實現：

(1)準確稱量6.04g(0.025mol)三水合硝酸銅和20.2g(0.05mol)九水合硝酸鐵，完全溶解于100mL的去離子水中，得到澄清溶液，并靜止放置0.5小時；

(2)準確稱量80g(2mol)氫氧化鈉，完全溶解于250mL去離子水中；