[發明專利]催化過硫酸鹽降解有機廢水的氧化銅納米催化膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010370793.1
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111450829B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 江波;蘇晴;寧亞男;李朝;牛慶赫;孟憲哲;劉奕捷;齊元峰
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J35/00;B01J35/02;B01J35/10;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 山東三邦知識產權代理事務所(普通合伙) 37308
• 代理人: 高洋;肖太升

本發明公開了一種催化過硫酸鹽降解有機廢水的氧化銅納米催化膜及其制備方法，屬于廢水處理技術領域。本發明以陽極氧化鋁膜(AAO)為模板，利用溶膠?凝膠法將氧化銅負載在AAO膜的納米孔道內壁上，形成有序排列的氧化銅圓形納米管，從而得到氧化銅納米管陣列催化膜。本發明以過硫酸鹽為氧化劑，當通過氧化銅膜時可活化成強氧化性物質，進而實現水體中有機污染物的降解去除。相比較于液相催化反應，納米催化膜催化體系因納米限域作用強化了污染物和過硫酸鹽向氧化銅催化劑表面的傳質擴散，提升了氧化性物質的產生，展現出更高催化效率。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種催化過硫酸鹽降解有機廢水的氧化銅納米催化膜及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著我國經濟的快速發展，工業廢水的排放量逐漸增大。主要包括制藥行業廢水、煉制及化工廢水、印染廢水、電鍍廢水等。對于工業廢水而言，根據生物降解的難易程度一般分為易生物降解、可生物降解和難生物降解廢水。其中難生物降解廢水大多含有多環芳烴、鹵代烴、雜環類化合物等大分子有機物，這些有機污染物及其代謝產物不僅毒性高而且大多具有持久性和頑固性，其COD濃度較高，可生化性極差，一旦進入水體會在不斷地積累和富集中對水環境造成嚴重的污染，最終危害人類的生命健康，而傳統的物化和生化方法都難以滿足此類有機廢水的處理。

近年來，以硫酸根自由基為基礎的高級氧化工藝因其較強的氧化能力而成為研究熱點。硫酸根自由基可以通過紫外光、加熱和過渡金屬介導的過硫酸鹽或過氧單硫酸鹽(PMS)的激活產生。在這些工藝中，過渡金屬因其成本低、操作簡單而倍受關注，包括銅、鐵、錳和鈷在內的過渡金屬已被證明能有效地激活過硫酸鹽。據報道，雖然Co²⁺、Ru³⁺、Fe²⁺等金屬離子具有較高的催化活性，由于均相催化劑存在pH依賴性高、金屬離子濃度高、催化劑回收困難，含過渡金屬的多相催化劑被廣泛用于激活過硫酸鹽。而采用活性炭、活性炭負載金屬及金屬氧化物催化氧化處理廢水的方法優勢明顯。銅系催化劑是目前工業上常用催化劑之一，銅元素被廣泛用于催化劑的制備。與其他金屬氧化物相比，氧化銅成本低、可用性好、毒性低，是激活過硫酸鹽的有力選擇。但由于金屬催化劑的天然聚集傾向，負載型金屬催化劑暴露的金屬位點數量較少，傳質效率慢，降低了催化反應中的催化活性。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供了一種催化過硫酸鹽降解有機廢水的氧化銅納米催化膜及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種氧化銅納米催化膜，是氧化銅負載在陽極氧化鋁膜的納米孔道內壁上，形成有序排列的氧化銅圓形納米管，所得到的一種氧化銅納米管陣列催化膜。

在上述方案的基礎上，所述陽極氧化鋁膜的孔徑為15～300nm。

上述氧化銅納米催化膜的制備方法，步驟如下：

將銅的可溶性前驅體化合物與表面活性劑溶于n-甲基吡咯烷酮溶劑中，在65℃超聲處理，直至溶解得到澄清均勻的溶膠；再將陽極氧化鋁膜浸入到溶膠中，在100～300℃下反應1～6h，自然冷卻至室溫，取出反應后的陽極氧化鋁膜，沖洗、烘干后于300～500℃氛圍下煅燒1～3h，得到氧化銅納米催化膜。

在上述方案的基礎上，所述銅的可溶性前驅體化合物為銅的可溶性鹽；優選為銅的硝酸鹽、硫酸鹽或醋酸鹽。

在上述方案的基礎上，所述溶膠中銅離子的濃度為0.1～1.0mol/L。

在上述方案的基礎上，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基二甲基芐基氯化銨中的一種。

在上述方案的基礎上，所述表面活性劑在溶膠中的濃度為0.01～0.5mol/L。

上述方法制備的氧化銅納米催化膜在催化過硫酸鹽降解有機廢水中的應用。