[發明專利]一種固體芬頓催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610121173.8
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105772052B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 胡春;呂來;張麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/72
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢,王春霞

技術領域

本發明涉及一種固體芬頓催化劑及其制備方法與應用，屬于水處理技術領域。

背景技術

近年來，酚類、醫藥品類、農藥類、染料類以及內分泌干擾素等高濃度難降解的有毒有害有機污染物被不斷釋放到水體環境且持久存在，并通過積累和富集嚴重威脅到人類的生命健康，因此探索和開發成本低廉新型高效的去除此類污染物的技術和方法迫在眉睫。

芬頓反應利用還原態金屬還原H₂O₂產生羥基自由基(^·OH)，成為去除水中難降解有機物的有效技術。然而在實際應用中存在瓶頸問題：均相的Fe²⁺芬頓反應需要在pH＝2～3的酸性條件下進行，此外，反應中產生^·OH的同時將消耗等量的Fe²⁺形成Fe³⁺的鐵泥造成二次污染增加成本消耗。固相芬頓催化劑的發展一定程度上克服了上述問題，但目前國內外研制的催化劑在與H₂O₂的反應中，產生的氧化態金屬需要再次氧化H₂O₂而回到還原態，不僅反應速率慢，而且導致H₂O₂無效分解為氧氣，過度消耗H₂O₂，其利用率常常低于30％。

發明內容

本發明的目的是提供一種固體芬頓催化劑及其制備方法與應用，該固體芬頓催化劑為σ-表面銅-石墨化碳化氮絡合物修飾的銅鈷共摻雜介孔氧化鋁固體芬頓催化劑(g-C₃N₄/CuCo-γ-Al₂O₃)，通過石墨化碳化氮與表面銅形成的σ-Cu絡合物，使催化劑表面的Cu⁺還原H₂O₂產生^·OH，形成的Cu²⁺被σ-Cu²⁺-C₃N₄絡合中類芳烴環π軌道上的電子還原為Cu⁺，同時在C₃N₄表面的空穴氧化水分子形成^·OH，相當于消耗1個H₂O₂產生2個^·OH，H₂O₂利用率接近百分之百，解決目前芬頓體系存在的反應條件苛刻、產生鐵泥、需要酸堿中和裝置、催化活性差、過氧化氫利用率低等問題。

本發明提供的σ-表面銅-石墨化碳化氮絡合物修飾的銅鈷共摻雜介孔氧化鋁固體芬頓催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)在水中加入葡萄糖和異丙醇鋁，攪拌，得到溶液A；

(2)將銅鹽和鈷鹽的水溶液逐滴加入溶液A中，攪拌，得到溶液B；

(3)將溶液B的pH值調節至5～5.5，攪拌，得到溶液C；將溶液C靜置，經烘干和焙燒后得到固體D；

(4)將固體D加入尿素的水溶液中，得懸浮液E；將懸浮液E中的水分蒸發，得到固體F；將固體F烘干和焙燒后即可得到所述σ-表面銅-石墨化碳化氮絡合物修飾的銅鈷共摻雜介孔氧化鋁固體芬頓催化劑。

上述的制備方法，步驟(1)中，每100mL水中加入7～7.5g的葡萄糖和8.4g的異丙醇鋁，具體可為每100mL水中加入7.2g的葡萄糖和8.4g的異丙醇鋁。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述攪拌的轉速可為450～700轉/分鐘，具體可為450轉/分鐘，時間可為2～3小時，具體可為2小時。

上述的制備方法，步驟(2)中，所述銅鹽和鈷鹽的水溶液與所述溶液A的體積比為1:(9～10)，具體可為1：10；所述銅鹽和鈷鹽的水溶液中，以二水合氯化銅計，所述銅鹽的質量體積濃度為0.04～0.06g/mL，具體可為0.05g/mL，以六水合氯化鈷計，所述鈷鹽的質量體積濃度為0.03～0.05g/mL，具體可為0.03g/mL，所述銅鹽可為氯化銅(具體可以二水合氯化銅的形式進行添加)或硝酸銅(具體可以三水合硝酸銅的形式進行添加)，所述鈷鹽可為氯化鈷(具體可以六水合氯化鈷的形式進行添加)、硝酸鈷(具體可以六水合硝酸鈷的形式進行添加)；和/或，

上述的制備方法，步驟(2)中，所述攪拌的轉速可為450～700轉/分鐘，具體可為450轉/分鐘，時間可為0.5～1小時，具體可為0.5小時。