[发明专利]磁性纳米铜铁羟基氧化物的制备及其在催化臭氧氧化除污染中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性纳米铜铁羟基氧化物催化剂的制备及其催化臭氧氧化除污染技术。

背景技术

近年来，药物及个人护理品(PPCPs)作为一种新兴污染物日益受到人们的关注。许多PPCPs组分具有较强的生物活性、旋光性和极性，大都以痕量浓度存在于水环境中。兽类医药、农用医药、人类服用医药以及化妆品的使用是其导入环境的主要方式。由于该类物质在被去除的同时也在源源不断地被引入到环境中，人们还将其称为“伪持续性”污染物。被PPCPs污染的水进入人体，等于吞吃了副作用不明的药物，各种化学物质在人体内交互反应，产生化学反应，这种危害首先体现在对人体生殖系统的严重伤害。非那西丁作为一种抗生素，是一种解热镇痛药，常用于治疗发热头痛，神经痛等，但其在地表水、地下水、饮用水、土壤、污泥中的出现(通常在ng/L～μg/L)，将会给水环境质量和生态系统安全带来隐患。因此，应该加强对对中PPCPs的强化去除效率。

传统的给水处理和污水处理工艺都不能有效去除水中的PPCPs，因此有必要采用高级氧化技术进行深度处理。催化臭氧氧化技术是基于臭氧的高级氧化技术，它将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，能较为有效地解决水中有机物降解不完全的问题。同时，多相催化臭氧化法利用固体催化剂在常压下加速液相(或气相)的氧化反应，催化剂以固态存在，易于与水分离，二次污染少，简化了处理流程，因而越来越引起人们的广泛重视。多相催化剂主要有三种作用：

(1)吸附有机物，对那些吸附容量比较大的催化剂，当水与催化剂接触时，水中的有机物首先被吸附在这些催化剂表面，形成有亲和性的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。

(2)催化活化臭氧分子，这类催化剂具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，臭氧分子在这类催化剂的作用下易于分解产生如羟基自由基之类有高氧化性的自由基，从而提高臭氧的氧化效率。

(3)吸附和活化协同作用，这类催化剂既能高效吸附水中有机污染物，同时又能催化活化臭氧分子，产生高氧化性的自由基，在这类催化剂表面，有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。

在多相催化臭氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物(Al₂O₃、MnO₂等)、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃等)以及具有较大比表面积的孔材料。这些催化剂的催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。虽然多相催化剂具有分离条件简单甚至不需要分离(如气固两相催化)，可以不间断流水作业的优点；但是大多数多相催化剂是利用高温或水热烧结制成的氧化物，其只能利用表面部分催化活性点，催化活性相对较差且催化性能不稳定。研究表明，一般可以通过增大比表面积和增加表面羟基密度的办法来改善催化性能。

磁性纳米铜铁羟基氧化物催化剂是以铁盐和铜酸盐为关键活性组分，集成了Fe_x(OH)_y、Cu_x(OH)_y二元金属羟基氧化物的表面特性，不仅具有较大的比表面积，同时较高的表面羟基基团密度是提供其催化活性的另一重要因素。更重要的是，磁性纳米铜铁羟基氧化物具有磁性，可以采用磁场将粉末状态的催化剂分离于水相之外。该催化剂可以应用于臭氧催化氧化技术，有效提高对水体中的非那西丁等药物及个人护理品去除效果，起到对非那西丁的除污染效果，以获得更优质、稳定的出水，是一种具有广阔应用前景的催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对去除水中存在痕量非那西丁现有的水处理技术存在的不足和缺陷，提出一种含非那西丁等PPCPs的水体净水用催化剂的制备方法。磁性纳米铜铁羟基氧化物催化剂，可以显著提高常规给水处理工艺对含非那西丁水体的除污染效果，获得良好的出水水质。与其他催化剂相比，磁性纳米铜铁羟基氧化物催化剂对非那西丁等PPCPs的去除效果极佳，并且可以采用磁场分离粉末催化剂，提高催化剂的循环使用效率。

1.本发明的技术方案如下：

磁性纳米铜铁羟基氧化物催化剂的制备方法可以通过以下几个步骤实现：

(1)准确称量6.04g(0.025mol)三水合硝酸铜和20.2g(0.05mol)九水合硝酸铁，完全溶解于100mL的去离子水中，得到澄清溶液，并静止放置0.5小时；

(2)准确称量80g(2mol)氢氧化钠，完全溶解于250mL去离子水中；