[發明專利]一種銅鋁類水滑石/摻氮碳纖維復合催化劑的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910040587.1
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109701578A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 程淑艷;寇佳偉
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/467;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種銅鋁類水滑石/摻氮碳纖維復合催化劑的制備方法及其應用，屬于化工材料技術領域，可解決現有電催化氧化技術降解酚類污染物的修飾電極的材料為貴金屬成本高而不利于推廣以及類水滑石導電性差的問題，由摻氮碳纖維和銅鋁的金屬氧化物混合而成，催化劑的制備方法包括：提供活化的碳纖維；加入含氮物質進行摻雜；提供銅鋁鹽溶液和堿性溶液；將所述摻氮碳纖維分散于水中，并向其中同時添加所述銅鋁鹽溶液和堿性溶液進行共沉淀得到前驅體；對所述前驅體進行熱處理得到所需的催化劑。該催化劑的制備方法制備成本低，適合工業化生產；所制得的催化劑特別適合用于電催化氧化法處理廢水中酚類污染物，其去除效率高。

技術領域

本發明屬于化工材料技術領域，具體涉及一種銅鋁類水滑石/摻氮碳纖維復合催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

酚類物質是焦化廢水中的主要污染物之一。隨著國家對焦化企業污水排放要求的提高，目前對焦化廢水的處理通常采用生物降解處理，但出水的COD和色度等指標仍無法達到國家排放標準，因此需進行深度處理。焦化廢水的深度處理常見的方法有臭氧氧化法、絮凝法、電催化氧化法等。其中，臭氧氧化法處理后廢水的可生化性差；絮凝法具有投藥量大、產泥量大的缺點，因而經濟成本較高。電催化氧化法具有處理效率高且無二次污染的優點，對于焦化廢水中大量難降解的酚類有機物，有較好的處理效果。利用惰性陽極良好的催化氧化性可直接降解污染物，或者通過生成具有強氧化性的活性物質（如羥基自由基）可將酚類有機污染物降解為小分子化合物。此外，焦化廢水中溶解的大量無機鹽可作為電催化氧化法所需的電解質，使處理過程易于操作，成本低廉。

Rahim等將雙金屬Ni-Ru沉積物負載于石墨電極上，發現在堿性溶液中該電極對苯酚的降解具有顯著的催化氧化性。苯酚的降解發生在Ni上，而中間產物的降解發生在Ru上。Dai等采用以β-PbO₂為陽極的濕式氧化體系研究硝基苯酚的降解規律，結果表明陽極附近的硝基苯徹底降解，陰極附近溶液的BOD/COD指標有明顯提高。上述研究結果反映出電催化氧化技術對降解酚類污染物的高效性，但也表明目前研究選用修飾電極的材料多為Ru、Pd等貴金屬材料，其不利于降低焦化廢水的處理成本和電催化氧化技術的應用推廣。CN201110008900公開了以改性鎂鋁二元類水滑石為前驅體制備了吸附處理水體中雙酚A的催化劑。該催化劑解決現有技術中采用有活性炭、大孔吸附樹脂等吸附劑吸附處理廢水中的雙酚A存在吸附劑再生困難、成本費用高等技術問題，具有可再生、成本費用低等優點。

類水滑石（HTLCs）是一類具有微孔結構的層狀陰離子粘土類化合物，其在催化、吸附、環境、醫藥、納米材料、功能高分子材料等領域受到廣泛重視。近年來，以類水滑石為前驅體制備高效納米催化劑的方法在堿催化、氧化還原反應以及加氫反應方面得到廣泛應用。使用類水滑石作為前驅體制備的催化劑具有表面金屬元素分布均勻，催化活性高，抗燒結能力強的優點。將類水滑石負載于電極表面處理焦化廢水，可實現廢水中酚類污染物在電極表面的富集和高效氧化降解。然而，類水滑石化合物存在導電性較差的問題。

發明內容

本發明針對現有電催化氧化技術降解酚類污染物的修飾電極的材料為貴金屬成本高而不利于推廣以及類水滑石導電性差的問題，提供一種銅鋁類水滑石/摻氮碳纖維復合催化劑的制備方法及其應用。

本發明采用如下技術方案：

一種銅鋁類水滑石/摻氮碳纖維復合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

第一步，氮摻雜活性碳纖維的制備：將碳纖維置于濃度為98%的濃硝酸溶液中酸化3h，再加入含氮材料，攪拌1~3h后，緩慢滴加溶有等摩爾質量的過硫酸銨的1mol/L的HCl溶液，反應3~6h，抽濾，經0.1mol/L的HCl溶液洗滌，干燥，得到氮摻雜活性碳纖維；

第二步，混合鹽溶液的制備：將硝酸銅和硝酸鋁按比例溶解于蒸餾水中，得到銅鋁混合鹽溶液；