[发明专利]一种固体芬顿催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体芬顿催化剂及其制备方法与应用，属于水处理技术领域。

背景技术

近年来，酚类、医药品类、农药类、染料类以及内分泌干扰素等高浓度难降解的有毒有害有机污染物被不断释放到水体环境且持久存在，并通过积累和富集严重威胁到人类的生命健康，因此探索和开发成本低廉新型高效的去除此类污染物的技术和方法迫在眉睫。

芬顿反应利用还原态金属还原H₂O₂产生羟基自由基(^·OH)，成为去除水中难降解有机物的有效技术。然而在实际应用中存在瓶颈问题：均相的Fe²⁺芬顿反应需要在pH＝2～3的酸性条件下进行，此外，反应中产生^·OH的同时将消耗等量的Fe²⁺形成Fe³⁺的铁泥造成二次污染增加成本消耗。固相芬顿催化剂的发展一定程度上克服了上述问题，但目前国内外研制的催化剂在与H₂O₂的反应中，产生的氧化态金属需要再次氧化H₂O₂而回到还原态，不仅反应速率慢，而且导致H₂O₂无效分解为氧气，过度消耗H₂O₂，其利用率常常低于30％。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体芬顿催化剂及其制备方法与应用，该固体芬顿催化剂为σ-表面铜-石墨化碳化氮络合物修饰的铜钴共掺杂介孔氧化铝固体芬顿催化剂(g-C₃N₄/CuCo-γ-Al₂O₃)，通过石墨化碳化氮与表面铜形成的σ-Cu络合物，使催化剂表面的Cu⁺还原H₂O₂产生^·OH，形成的Cu²⁺被σ-Cu²⁺-C₃N₄络合中类芳烃环π轨道上的电子还原为Cu⁺，同时在C₃N₄表面的空穴氧化水分子形成^·OH，相当于消耗1个H₂O₂产生2个^·OH，H₂O₂利用率接近百分之百，解决目前芬顿体系存在的反应条件苛刻、产生铁泥、需要酸碱中和装置、催化活性差、过氧化氢利用率低等问题。

本发明提供的σ-表面铜-石墨化碳化氮络合物修饰的铜钴共掺杂介孔氧化铝固体芬顿催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在水中加入葡萄糖和异丙醇铝，搅拌，得到溶液A；

(2)将铜盐和钴盐的水溶液逐滴加入溶液A中，搅拌，得到溶液B；

(3)将溶液B的pH值调节至5～5.5，搅拌，得到溶液C；将溶液C静置，经烘干和焙烧后得到固体D；

(4)将固体D加入尿素的水溶液中，得悬浮液E；将悬浮液E中的水分蒸发，得到固体F；将固体F烘干和焙烧后即可得到所述σ-表面铜-石墨化碳化氮络合物修饰的铜钴共掺杂介孔氧化铝固体芬顿催化剂。

上述的制备方法，步骤(1)中，每100mL水中加入7～7.5g的葡萄糖和8.4g的异丙醇铝，具体可为每100mL水中加入7.2g的葡萄糖和8.4g的异丙醇铝。

上述的制备方法，步骤(1)中，所述搅拌的转速可为450～700转/分钟，具体可为450转/分钟，时间可为2～3小时，具体可为2小时。

上述的制备方法，步骤(2)中，所述铜盐和钴盐的水溶液与所述溶液A的体积比为1:(9～10)，具体可为1：10；所述铜盐和钴盐的水溶液中，以二水合氯化铜计，所述铜盐的质量体积浓度为0.04～0.06g/mL，具体可为0.05g/mL，以六水合氯化钴计，所述钴盐的质量体积浓度为0.03～0.05g/mL，具体可为0.03g/mL，所述铜盐可为氯化铜(具体可以二水合氯化铜的形式进行添加)或硝酸铜(具体可以三水合硝酸铜的形式进行添加)，所述钴盐可为氯化钴(具体可以六水合氯化钴的形式进行添加)、硝酸钴(具体可以六水合硝酸钴的形式进行添加)；和/或，

上述的制备方法，步骤(2)中，所述搅拌的转速可为450～700转/分钟，具体可为450转/分钟，时间可为0.5～1小时，具体可为0.5小时。