[發明專利]制備納米FeOx/NiOy/介孔材料催化劑的方法、產品及應用

有效

• 申請號: 201410844557.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104588067B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 文岳中;李興發;馬建青;劉維屏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J29/03
• 分類號: B01J29/03;B01J23/755;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于催化劑材料研究技術領域，尤其涉及一種制備磁性、高活性、多相納米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化劑的方法、產品及在類芬頓降解有機廢水上的應用。

背景技術

隨著中國經濟的迅猛發展，中國的經濟總量已位居世界第二，然而經濟的高速發展所帶來的環境問題也日益突出。從過去的這兩年開始，中國的環境問題已經進入了高發期，其中關于水體污染的事件層出不窮，占到環境事件總數的49％，尤其是去年的蘭州自來水污染和杭州的水體異味事件造成幾十萬人飲水困難，在全國也造成很大影響。在水體污染中，高達48.7％的污染物為有機物，其種類也達到幾十種到上百種。尤其是從造紙、酵母、酒精和淀粉等行業產生的工業廢水，具有排放量大、污染物含量高、組分多、色度深和難生化降解等特點，經傳統生化處理后，水中仍殘留部分難生物降解有機物，水質往往不能達標排放。因此，尋求高效、經濟的有機廢水處理技術刻不容緩。

高級氧化技術與其它有機廢水處理技術相比，具有設備簡單、操作簡便、反應快速、高效、對后續的生化處理沒有毒害作用且對環境友好等優點而受到重視。以可溶性Fe²⁺催化雙氧水反應為代表的高級氧化技術由于適用范圍廣，對環境污染程度小因而受到青睞。但是這種傳統的催化劑活性有限，過氧化氫利用率低。除此之外，作為催化劑而直接加入的鐵鹽在水溶液中無法分離、回收，從而在后續處理過程中形成大量污泥，而殘留在水體中的高濃度鐵鹽也容易形成鐵垢，對工農業生產生活和人類健康都有許多不利影響，因此發展高效、易分離的非均相催化劑至關重要。

將其它金屬與鐵共同負載能夠有效的提高催化劑活性，尤其是制備多金屬混合氧化物能夠獲得全新的催化劑結構和電子特性(A.Ungureanu,B.Dragoi,A.Chirieac,C.Ciotonea,S.Royer,D.Duprez,A.S.Mamede,E.Dumitriu,ACS?Applied?Materials&Interfaces?5(2013)3010-3025.)。比如在介孔的硅材料中先負載一層氧化鋁，然后將氧化鐵納米粒子生長在氧化鋁表面，所制得的納米粒子不但分布均勻，而且具有路易斯酸的特性，有利于三價鐵在催化反應中向二價鐵的轉化(H.Lim,J.Lee,S.Jin,J.Kim,J.Yoon,T.Hyeon,Chemical?Communications(2006)463-465.)，而后者正是制約鐵系催化劑活性發揮的重要因素之一。根據報道，負載零價金屬鎳能夠提高催化活性(C.Lee,D.L.Sedlak,Environmental?Science&Technology?42(2008)8528-8533.)，而將鐵與鎳制備成多金屬混合氧化物應用于有機廢水處理還沒有報道。因此可以預計，如果將這兩種金屬共同負載，兩者之間的協同作用不但能提高催化活性，而且能取得比較高的雙氧水利用率。

發明內容

本發明提供了一種制備納米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化劑的方法，該方法制備步驟簡單，適于工業化生產。

本發明還提供了一種由上述方法制備得到的納米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化劑，該催化劑具有磁性、高活性，能夠用于包括染料、苯酚等任何適用于芬頓降解的有機物的降解去除，同時回收簡單。

一種制備納米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化劑的方法，包括：將含有Ni²⁺與Fe³⁺的水溶液先后與介孔材料混合浸漬，浸漬完成后，在烘箱中干燥，然后進行焙燒，最后在H₂氣氛下還原，制得含有磁性、多相的FeO_x/NiO_y/介孔材料催化劑。

本發明利用介孔材料對納米粒子的生長進行空間限定，獲得粒徑均勻的納米粒子。通過鐵和鎳的共同負載進一步改善了納米粒子的形狀、粒徑和分散性，提高了催化劑的活性。

制備催化劑上活性組分所用的前驅體Fe³⁺的水溶液包括硝酸鐵水溶液、氯化鐵水溶液、氯化亞鐵水溶液或者上述混合物等。Ni²⁺水溶液包括氯化鎳水溶液、硝酸鎳水溶液、乙酸鎳水溶液或者其混合物。本發明中，浸漬過程必須分開浸漬，而且優選先進行Ni²⁺的水溶液浸漬，然后進行Fe³⁺的水溶液浸漬。