[發(fā)明專利]一種非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑及其制法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210450891.5
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114789058A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫伯旺;沈孝東;蔡卓爾;徐楊;胡進(jìn)忠
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B01J27/128
• 分類號: B01J27/128;C02F1/72;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩琦

本發(fā)明公開了一種非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑，包含以下重量份數(shù)的組分：25～37.5份Fe₃O₄，25～37.5份CuO，25～50份BiOBr，芬頓催化劑為納米顆粒。本發(fā)明還公開了一種非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑的制備方法，包含以下步驟：制備到FeCl₃和FeSO₄·7H₂O混合溶液；制備納米Fe₃O₄?CuO顆粒；制備納米BiOBr顆粒；將納米BiOBr顆粒、納米Fe₃O₄?CuO顆粒與水超聲混合，離心清洗烘干，得到納米Fe₃O₄?CuO?BiOBr顆粒。本發(fā)明將具有超高氧化能力的非均相芬頓氧化法和超高升溫效率的微波催化降解相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了低能耗的氧化降解協(xié)同高效去除硝化廢水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑及其制法，具體為一種非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑及其制法。

背景技術(shù)

高級氧化法是近年來廣受關(guān)注的污染物降解技術(shù)之一。其基本特點(diǎn)是，以羥基自由基(·OH)為主要氧化劑與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生的有機(jī)自由基能夠繼續(xù)參加·OH的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或通過生成的有機(jī)過氧化物自由基，繼續(xù)發(fā)生氧化分解直至污染物礦化為最終產(chǎn)物CO₂和H₂O。芬頓反應(yīng)法是其中應(yīng)用最為廣泛的高級氧化法之一，芬頓反應(yīng)的主要原理是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下產(chǎn)生·OH對有機(jī)污染物進(jìn)行降解。由于芬頓反應(yīng)使用的H₂O₂和鐵系化合物價格都相對低廉，因而芬頓氧化法處理廢水具有巨大的應(yīng)用和研究價值。但是傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)一般反應(yīng)速率較慢，而且存在反應(yīng)pH范圍偏酸較小，F(xiàn)e(II)難以重復(fù)利用，容易造成二次污染等缺點(diǎn)。為了解決傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的諸多弊端，許多研究者提出多種類芬頓工藝。孟麗平等構(gòu)建了一種新型的Fe₃O₄-CuO非均相催化劑，在pH＝8的條件下實(shí)現(xiàn)了對染料廢水的降解，并取得了較好的收率。

微波是一種頻率范圍為300MHz-300GHz的電磁波。由于其獨(dú)特的內(nèi)部加熱機(jī)制和較高的加熱效率，許多研究者考慮將微波和芬頓降解工藝結(jié)合起來，并應(yīng)用于廢水降解，土壤修復(fù)以及垃圾處理等領(lǐng)域中。CN103214059A設(shè)計了一種微波-芬頓聯(lián)合有機(jī)化工廢水處理一體機(jī)，利用微波對芬頓試劑的催化作用，有效降低了有機(jī)化工廢水中難降解有機(jī)物并實(shí)現(xiàn)了廢水達(dá)標(biāo)排放。但是該裝置使用的是傳統(tǒng)的Fe(II)金屬離子催化劑，容易產(chǎn)生鐵泥并進(jìn)而造成二次污染。

目前，針對于工業(yè)應(yīng)用的高微波響應(yīng)特性的催化劑的研究和開發(fā)還不夠充分。CN104549279A公開了一種微波輔助芬頓催化劑并應(yīng)用于甲基橙印染廢水降解中。該催化劑將α-氧化鐵活性組分通過浸漬法包覆到碳納米管上，然后將催化劑放入甲基橙廢水中，加入適量H₂O₂，采用微波輻照進(jìn)行降解。但催化劑的制備方法成本較高(使用甲烷進(jìn)行氣相反應(yīng)，同時引入LaNO₃作為前驅(qū)體)制備的反應(yīng)條件較為苛刻(需要300-500℃高溫煅燒)，氧化劑的消耗過大，應(yīng)用于工業(yè)廢水處理上成本較高。

總的來說，現(xiàn)有應(yīng)用于廢水降解的芬頓催化劑，F(xiàn)e(II)金屬離子容易產(chǎn)生鐵泥并進(jìn)而造成二次污染，制備方法成本較高，反應(yīng)條件苛刻，氧化劑消耗過大，對微波能量利用較低，微波響應(yīng)特性有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種磁回收性好、可循環(huán)利用的非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑，本發(fā)明的另一目的是提供一種簡單方便的非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種非均相微波響應(yīng)芬頓催化劑，包含以下重量份數(shù)的組分：25～37.5份Fe₃O₄，25～37.5份CuO，25～50份BiOBr，芬頓催化劑為納米顆粒。