[发明专利]一种制备高效Fe3O4/FeAl2O4复合膜层类芬顿催化剂的方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备类芬顿催化剂的方法和应用。

背景技术

随着经济的快速发展和人口的不断增长，工业废水、农业废水及生活废水的排放量及排放种类不断增加，水体中有机污染物对环境及人类的危害日益严重。为了最大限度地降低水体污染、改善水质状况，对废水排放前的深度处理对于治理环境污染问题具有重要的意义。

芬顿氧化法作为一种高级氧化技术，采用一定量的二价铁离子与过氧化氢混合，在一定pH值下产生强氧化性羟基自由基来降解有机污染物。由于芬顿氧化法操作简单、降解效率高、设备简易，另外采用Fe²⁺作为催化剂，而铁原料丰富、生物兼容性、成本低廉，因此芬顿氧化法受到广泛青睐。

然而，均相芬顿氧化法存在pH应用范围窄、反应后产生大量铁泥、需预先调节废水pH值等问题。为了克服均相芬顿氧化法存在的缺点，进一步发展了类芬顿技术，异相类芬顿催化剂适用pH范围广甚至可在近中性条件下降解、催化剂可回收利用、无铁泥产生、H₂O₂利用率高而受到国内外广泛关注。

传统的异性类芬顿催化剂主要为粉体材料，存在催化剂回收利用难、力学性能差的缺点

发明内容

本发明的目的是要解决现有类芬顿催化剂存在催化剂分离回收利用难、力学性能差的问题，而提供一种制备高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂的方法和应用。

一种制备高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂的方法，是按以下步骤完成的：

一、碳钢抛光处理：首先依次使用500目水磨砂纸、1000目水磨砂纸、1500目水磨砂纸目、2000目水磨砂纸和2500目水磨砂纸对碳钢的表面进行打磨至碳钢的表面为镜面；然后使用去离子水冲洗碳钢的表面3次～5次，再使用无水乙醇冲洗碳钢的表面3次～5次，最后使用吹风机吹干，得到光亮的碳钢；

二、将步骤一中得到的光亮的碳钢置于不锈钢电解槽中的电解液中，光亮的碳钢与电源正极相连，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；

三、采用脉冲电源供电，在电流密度为1A/cm²～20A/cm²、电源频率100Hz～3000Hz、电解液温度10℃～50℃和电解液的pH值为8.0～14.0的条件下进行等离子体电解氧化反应5min～30min，得到高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂；

步骤三中所述的电解液由主成膜剂和添加剂组成，溶剂为水；所述的主成膜剂的浓度为1g/L～20g/L；所述的添加剂的浓度为0.1g/L～2g/L。

高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂用于处理含有苯酚的废水。

本发明优点：

一、本发明的电解液体系简单，经济实用，且制备工艺简单；

二、本发明首次采用等离子电解氧化法制备Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂；

三、本发明所得膜层具有多级嵌套孔结构，膜层颜色为灰黑色，平均孔径为6.4μm；

四、本发明制备的高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂易于回收利用，无铁泥产生，具有优异的稳定性，且处理成本低廉、工艺简单，因而具有良好的应用前景；

五、本发明采用等离子电解沉积技术在碳钢上成功制备了高效Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂，可大规模生产；

六、本发明制备的Fe₃O₄/FeAl₂O₄复合膜层类芬顿催化剂在60min内对苯酚的降解效率可达100％。