[发明专利]铁-铜-铝氧化物复合催化剂的制备方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体是涉及一种高分三性铁-铜-铝氧化物复合 催化剂的制备方法、产品及应用。

背景技术

在传统的芬顿催化中，催化剂的适用局限在酸性范围，尤其是在pH＝3左。尽管类 芬顿催化剂采用了固体形式，活性位点也从均相的离子态转为固态表面，然而催化剂只能 在酸性条件下表现出高催化活性的本质没有变。

事实上，大量实际废水pH处于中性或者碱性范围，处理前后均需使用大量酸碱调 节pH以满足芬顿反应及后续处理的需求，使得整个处理过程操作烦琐，耗酸耗碱量大。目 前，一些新型的铁基催化剂已经能够在中性或者接近中性的条件下进行反应，但要求比较 苛刻或者需要额外提供其它反应条件，比如催化剂投加量过高、反应时需要加热、双氧水利 用率低等。因此，探索开发在中性条件下能够高效催化的类芬顿催化剂成为高级氧化研究 工作者的共同目标。

要使得催化剂能够在中性条件下高效催化芬顿反应，必须营造一个局域的酸性环 境，即酸性微环境，这需要构建高度分散的金属组分分散环境。根据文献报道和研究经验表 明，依靠铁单一组分很难取得在pH中性条件下具有高活性的催化剂。HacgyuLim曾报道在 Fe₂O₃存在条件下，活性Al₂O₃中Al作为第二金属以路易斯酸的形式吸引Fe₂O₃上的电子密度， 从而使Fe(III)能够迅速还原到Fe(II)，加速铁循环，从而加速芬顿催化反应，使得反应能 够在pH＝4.0的条件下降解苯酚。然而常规的金属离子溶液浸渍法制备的金属纳米颗粒较 大，难以活动高度分散的纳米活性组分。

发明内容

本发明提供了一种铁-铜-铝氧化物复合催化剂的制备方法，该方法操作简单，同 时工艺成本低，制备过程中不会产生大量的废水等，易于实现工业化。

本发明同时提供了由上述方法制备得到的铁-铜-铝氧化物复合催化剂，该催化剂 在中性条件下活性高，对有机污染物的降解效率高，且使用量少，使用成本低。

本发明还提供了一种上述利用上述铁-铜-铝氧化物复合催化剂降解废水中有机 污染物的应用方法，其步骤简单。

一种铁-铜-铝氧化物复合催化剂的制备方法，包括：

(1)将铝盐加入到甲酸/甲酸铵的缓冲溶液中，铝盐完全溶解后，加入介孔SBA-15， 吸附完成后，烘干，焙烧得到铝负载的SBA-15样品；

(2)将铝负载的SBA-15样品置于含有铁离子和铜离子溶液中，浸渍完成后，烘干， 可选择的进行焙烧，得到铁-铜-铝氧化物复合催化剂。

步骤(1)中，铝盐选自硫酸铝、硝酸铝、氯化铝等中的一种或多种；进一步优选为硫 酸铝。在本发明中Al起着路易斯酸的作用，能够为催化剂在中性反应提供酸性微环境。

当Al含量增大时催化剂对有机污染物的类芬顿去除效率也随之提高，表明Al的修 饰改善了催化剂路易斯酸性，在催化剂表面提供了更多的路易斯酸位点。步骤(1)中，加入 的铝盐的总量，以铝原子的质量计算，铝原子与介孔SBA-15质量比为0.5～5:1，进一步优选 为：铝原子与介孔SBA-15质量比为0.9～3.4:1；更进一步优选为：铝原子与介孔SBA-15质量 比为2.0～3.0:1。

步骤(1)中，加入介孔SBA-15后，可选择采用超声震荡10～30min；然后在水浴中， 60～80℃加热并剧烈搅拌1～3h。待溶液冷却后，真空抽滤，并用超纯水和无水乙醇反复洗 涤；然后将所得固体在烘箱中60～100℃干燥过夜除去乙醇，最后置于马弗炉中400～500℃ 焙烧1～3h。

传统的Al修饰采用碱性沉淀法，获得的纳米颗粒较大，而在甲酸/甲酸铵缓冲溶液 中采用Al(OH)₃均匀沉淀法则能够形成均匀的薄层，而不是凸起状的纳米粒子，从而有助于 催化剂获得更高的催化活性。本发明采用Al修饰的SBA-15为载体，以Fe为催化剂活性组分 的中心金属，同时负载Cu，制备得到在中性条件下高效催化的类芬顿催化剂。