[發(fā)明專利]一種用于高級氧化技術(shù)的CuO-CN過氧化物復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110201699B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東亞;夏東升;左詩語;徐海明;孫磊
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 北京眾達(dá)德權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發(fā)明提供了一種用于高級氧化技術(shù)的CuO?CN過氧化物復(fù)合催化劑的制備方法，步驟包括：將有機(jī)銅源、二氫二胺在含羥基的有機(jī)溶劑中混合，溶劑揮發(fā)后以1?10K/min的升溫速率升溫至500?600℃保溫2?5h，冷卻后研磨，得到用于高級氧化技術(shù)的CuO?CN復(fù)合催化劑。得到了以異質(zhì)結(jié)作用相互結(jié)合的CuO和CN復(fù)合催化劑，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效改善單體催化的原理缺陷，在無光等外加能量作用下，達(dá)到極高的氧化劑利用率。且CuO?CN復(fù)合催化劑催化性能佳，在2min可降解90％以上的有機(jī)污染物，具有良好的穩(wěn)定性，具有極佳的pH適用性，在實際廢水的處理中具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，且本發(fā)明制備工藝簡單，具備良好的工業(yè)推廣應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于高級氧化技術(shù)的CuO-CN過氧化物復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，越來越多的有毒有機(jī)污染物排入水體，因其極低的閾值，具有較強(qiáng)的毒理效應(yīng)及生態(tài)危害，嚴(yán)重威脅人類的健康和環(huán)境安全。尤其是水體中抗生素等有毒有機(jī)污染物，如雙氯芬酸鈉(Diclofenac Sodium,DS)的處理日益受到關(guān)注，并對現(xiàn)有的水處理技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

高級氧化技術(shù)(AOPs)因其氧化能力強(qiáng)、選擇性小、處理效率高等優(yōu)點在有毒有機(jī)污染物的去除上具有明顯優(yōu)勢。基于Fenton高級氧化技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù)展現(xiàn)出較大優(yōu)勢。

雖然經(jīng)典的Fenton反應(yīng)已被廣泛應(yīng)用于降解污染物，但其pH范圍窄、鐵泥、二次污染等問題仍然存在，特別是氧化劑的有效利用率低導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中的成本較高，阻礙其廣泛應(yīng)用。

銅具有與鐵類似的氧化還原特性，比鐵更寬的pH適用范圍，最關(guān)鍵的是Cu²⁺被氧化劑還原為Cu⁺的速率常數(shù)約為460M^-1s^-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵，且銅物種更容易與溶液中的酚類有機(jī)配體發(fā)生絡(luò)合。

氮化碳(CN)是一種新型的非金屬材料，擁有獨特的二維電子結(jié)構(gòu)，具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、低密度、良好的耐磨性，且廉價易得，成為催化領(lǐng)域研究的熱點。

因此，結(jié)合實際應(yīng)用中對有毒有機(jī)污染物處理的高強(qiáng)度需求，針對經(jīng)典多相Fenton催化體系的應(yīng)用問題，以有毒有機(jī)污染物的去除為目的，設(shè)計構(gòu)建一種高效、價廉、適用性強(qiáng)的具有重要的工業(yè)價值。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種用于高級氧化技術(shù)的CuO-CN復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明用一鍋法制備可以高效催化單過硫酸氫鹽的CuO-CN復(fù)合催化劑，用以解決目前催化劑pH適用范圍窄、高價態(tài)金屬還原速率低、產(chǎn)生鐵泥、氧化劑有效利用率低等應(yīng)用瓶頸。

本發(fā)明第一方面提供了一種用于高級氧化技術(shù)的CuO-CN過氧化物復(fù)合催化劑的制備方法，步驟包括：

將有機(jī)銅源、二氫二胺在含羥基的有機(jī)溶劑中混合，升溫使溶劑揮發(fā)，然后以1-10K/min的升溫速率升溫至500-600℃保溫1-5h，冷卻后研磨，得到用于高級氧化技術(shù)的CuO-CN過氧化物復(fù)合催化劑。

本發(fā)明采用一鍋法制備CuO-CN過氧化物復(fù)合催化劑，在含羥基的有機(jī)溶劑中混合有機(jī)銅源、二氫二胺，利用有機(jī)溶劑中的羥基與Cu²⁺形成絡(luò)合物，使銅源與二氫二胺兩者結(jié)合作用更強(qiáng)，經(jīng)一定速率的升溫過程后保溫，冷卻研磨得金屬氧化物CuO與CN復(fù)合形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，通過兩者費米能級的差異導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移形成極化的異質(zhì)結(jié)電場，促進(jìn)相界面間電子轉(zhuǎn)移，形成局部電子不平衡區(qū)域，實現(xiàn)PMS的高效催化。相比于金屬Cu摻雜配位的摻雜型催化劑，本發(fā)明這種異質(zhì)結(jié)電場促進(jìn)的電子轉(zhuǎn)移效率更穩(wěn)定，效率更高。

優(yōu)選的，在上述制備方法中，所述過氧化物為過二硫酸鹽、單過硫酸氫鹽、雙氧水或過碳酸鹽。