[发明专利]一种可再生非均相芬顿型催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于工业催化剂技术领域，具体涉及一种非均相芬顿（Fenton）催化剂及其 制备方法，还涉及该催化剂在降解工业有机废水中的应用。

背景技术

随着社会发展和人口增长，由此造成的环境污染日益加剧，去除水中难降解污染 物、减少水体污染已经引起了人们的广泛关注[BabuponnusamiA.,et.al.,Journalof EnvironmentalChemicalEngineering.2014,2,557]。随着废水水质日趋复杂和国家对环 境保护的重视，传统处理方式已经越来越难以满足难降解废水的处理需求。

高级氧化技术(AOPs)基于体系中产生的强氧化活性的羟基自由基(HO·)，可以无 选择的去除和降解常规方法无法分解的有机污染物，已经广泛应用于酚类、药物、农药和垃 圾渗滤液等废水的处理中[PouranS.R.,et.al.,JournalofCleanerProduction. 2014,64,24]。与其他高级氧化技术相比，芬顿体系有较长的研究历史和较广阔的应用空 间。

芬顿体系在使用过程中具有试剂无毒性，均相体系没有传输阻碍，操作简单，投资 相对较小等优点，所以一直广泛用于有毒有害废水的处理中。但传统芬顿法仍存在缺点，如 H₂O₂利用率低，反应所需pH较低，产生的Fe²⁺和Fe³⁺影响出水色度等。因此类芬顿体系逐渐受 到人们的关注，如通过引入光照（可见光、紫外光）、电流等诱导HO·产生；研究应用于芬顿 体系的新型催化剂，提高芬顿体系处理能力并尽量消除其负面影响。

芬顿催化剂早期研究主要集中在均相方面，具有催化反应迅速，无传质阻力，反应 条件更温和等优点，常用催化剂为过渡金属，如Co、Fe、Mn、Cu、Ni等盐类，研究表明硫酸铜 [宋天顺等,水处理技术,2007,33,22]、硫酸铁[RamirezJ.H.,et.al.,Catalysis Today2005,107,68]催化染料废水的效果均非常显著。随着芬顿体系中催化剂研究的深入， 均相催化剂存在适用pH范围较窄、催化剂难以回收利用、化学污泥产量大且难处理等问题， 因此，非均相催化剂逐渐成为芬顿体系的研究重点。非均相催化剂与废水的分离较简便，处 理流程大大简化，常用非均相催化剂主要分为三类：贵金属（如Pd、Pt、Au、Ag等）、过渡金属 （主要为Fe和Co）及稀土金属等。大量研究表明，贵金属和稀土金属具有较高的催化活性和 催化稳定性，过渡金属虽然活性相对一般，但价格较低，在非均相芬顿体系催化剂开发上具 有显著的发展优势和潜在的发展前景。

沸石是一种无机硅酸盐类多孔材料，作为催化剂载体具有较高的稳定性、较大的 比表面积以及较高的酸性位。我们所选用的沸石（Y型沸石、β沸石、丝光沸石、ZSM-5、镁碱沸 石等）具有12员环或10员环孔道结构，均已实现工业生产，成本较低，来源广泛，因此本发明 采用一系列商用沸石作为芬顿催化剂载体。

苯酚是最常见的有毒性、强腐蚀性的难降解有机物之一。苯酚主要用于合成材料、 酚醛树脂、油漆、炸药、煤气、炼油、纺织等工业。含酚废水来源广、水量多、危害大。苯酚作为 一种典型难降解物质，当使用的催化剂对其有显著降解效果时，则可认为催化剂效果良好。

本发明以一系列商用沸石作为载体，通过高分子对其表面进行修饰后负载Fe或Co 的氧化物，从而制备高稳定性类芬顿催化剂。该催化剂在室温和接近中性pH条件下能高效 降解酚类废水和染料废水，具有非常重要的工业应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种室温与中性pH条件下具有优异低温催化活性的高稳 定性可再生非均相芬顿型催化剂及其制备方法，以及在降解酚类和染料等工业有机废水中 的应用。

本发明提出的可再生非均相芬顿型催化剂，以沸石为载体、以过渡金属Fe、Co为活 性组分、通过引入高分子来调节Fe、Co在载体表面分布而制备得到；活性组分在催化剂中的 负载量为5~25wt.%。该催化剂在室温（<30℃）和接近中性条件（pH=6～8）下与H₂O₂共同作用， 表现出具有强的氧化能力，有机物（以苯酚和罗丹明B为例）在2h内的降解率均可超过90%， 适合处理各种浓度的酚类和染料废水，且催化剂稳定性和再生性能良好。