[發明專利]一種納米金屬氧化物在催化過硫酸鹽降解有機染料中的應用

有效

• 申請號: 201910560908.0
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN112138661B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 劉陽橋;翦松贊;顧雅潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所蘇州研究院;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/72;B01J23/755;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種納米金屬氧化物在催化過硫酸鹽降解有機染料中的應用，將納米金屬氧化物和過硫酸鹽加入至含有有機染料的廢水中，催化過硫酸鹽生成活性物質，以實現有機染料的降解，所述過硫酸鹽包括過一硫酸鹽或/和過二硫酸鹽；所述納米金屬氧化物為納米CuO、納米NiO、納米Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;中的至少一種，尺寸小于100?nm；所述納米金屬氧化物具有高能晶面，所述納米CuO的高能晶面為（110）晶面，所述納米NiO的高能晶面為（110）或（111）晶面，所述納米Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的高能晶面為（311）晶面。

技術領域

本發明涉及一種納米金屬氧化物及其制備方法，具體地說是涉及一種催化過硫酸鹽降解有機染料用納米金屬氧化物及其制備方法和應用。

背景技術

當今世界，隨著全球工業的快速發展，越來越多的污染物進入水體，大量排放的工業廢水嚴重威脅到環境安全和人類健康。傳統的凈化水質的方法通常是通過生物降解或者物理化學處理，然后再通過過濾和吸附處理。盡管該方法十分常用，但具有處理步驟多、工藝復雜、設備要求高、處理效果不穩定等缺點。因而，新建的污水處理裝置由于一般可提供的占地面積有限，而對工藝的集成度及處理效率提出了更高的要求。

近年來，高級氧化技術由于其高效、高礦化率已被廣泛用于降解廢水污染物中。高級氧化技術對各種類型的有機污染物均具有很高的氧化效率，甚至對常規方法難以去除的高毒性物質也能夠實現完全無害化。高級氧化技術是由催化劑/氧化劑體系通過復雜的化學反應產生具有高氧化還原電位的自由基去降解有機污染物。目前常用的高級氧化方法按照自由基種類主要分為羥基自由基和硫酸根自由基兩大類。

作為羥基自由基氧化的最典型代表，Fenton試劑是研究及應用最為廣泛的一種，這種試劑自一百多年前被命名以來，就一直被當做強氧化劑來使用。Fenton試劑最早應用的領域是有機分析和有機合成，在上個世紀，其首次應用于有毒有機污染物的降解。Fenton試劑在處理有毒、難生物降解有機廢水中具有很多優點氧化有機物的反應速率較快且無需光照、設備簡單、操作方便、反應條件溫和、效率高等。

Fenton試劑用作水處理實踐方面已經近半個世紀，國內外研究者對其反應機理也進行了大量的研究。雖然Fenton氧化法在各種工業廢水深度處理方面均取得了很好的效果，但其應用存在著各種各樣的缺點及限制：Fenton氧化法一般在pH＝3左右才能進行，而反應完畢還需將pH調至近中性以滿足排放標準，因而消耗大量的酸堿；反應過程中需要投加大量的Fe²⁺和H₂O₂藥劑，會產生大量的污泥，增加了二次處理的難度。另外，上述基于羥基自由基的氧化處理方法最大的缺點是當水中存在無機離子(PO₄^3-、Cl^-、HCO^3-、CO₃^2-)時，無機離子便會與·OH產生競爭反應而造成了自由基利用率變低，因而增加了處理成本。臭氧催化氧化也可以產生羥基自由基，但臭氧因在水中溶解度較低，因而利用率不高，另外，臭氧發生裝置的設備成本及運行耗電均很高，因而該方法的使用十分有限。

基于硫酸根自由基(SO₄^-·)的高級氧化技術是近些年發展起來的、具有發展潛力的、降解難降解有機污染物的新技術。其氧化還原電位與羥基自由基(·OH)相當甚至更高，但其對pH無苛刻要求，在近中性條件下效率較高、且具有有機物的礦化程度高、操作簡便、與環境兼容、SO₄^-·的產生方式多、失活因素少等優點。硫酸根自由基(SO₄^-·)的產生方式主要有：過硫酸鹽的紫外光激發、髙溫熱激發和過渡金屬離子催化活化三大類。其中采用過渡金屬催化過硫酸鹽活化產生硫酸根自由基在常溫常壓下即可進行，不需要額外的能量消耗，相比熱和紫外光活化方式具有更大的優勢，因而得到廣泛研究。