[发明专利]一种可见光光助芬顿催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于染料废水降解的非均相光芬顿催化剂，属于高级氧化技术领域。

背景技术

亚铁盐和过氧化氢的组合称为芬顿试剂，它被广泛应用于处理工业有机废水，例如酚类、印染废水以及对氨基苯磺酸等的处理中。在多年的实践中，传统均相芬顿氧化技术也暴露出了双氧水利用率低，后续处理铁离子耗时、耗力等缺点。因而，既可循环利用又可以避免产生大量污泥的非均相芬顿体系的研究为大家广泛关注。

在非均相芬顿体系中，光助芬顿氧化法备受研究人员的关注，光助芬顿氧化法是一种基于羟基自由基反应的高级氧化处理染料废水技术，它利用光和氧化剂联合作用产生强烈氧化作用，降解有机污染物。这种方法具有简便、迅捷、无二次污染的特点，属于绿色环保处理技术。合适的芬顿催化剂是该技术的重点。目前大部分的光助芬顿技术都是引入紫外光源，可见光光助芬顿催化剂鲜见报道。另外，材料的形貌与结构决定了材料的性能，如材料的吸附、分离以及催化等许多特性都与其形态与结构密切相关。将一些特定的形貌结构引入到芬顿催化剂中具有重要的研究意义。

发明内容

本发明是采用硬模板法，通过灌注的方法，利用PS模板的毛细作用将灌注液吸入模板缝隙，同时在灌注液中引入F127作为造孔剂。最后利用硅源缓慢水解形成稳定结构，通过煅烧去除PS模板与F127造孔剂。得到孔径分布均一，高度有序的多级孔道材料。

本发明所用的灌注方法如下：将TEOS、TBOT和AcAc混合搅拌得到溶液A；同时，将F127在40℃下溶解于16mL乙醇后加入HCl中，充分混合后，加入FeCl3·6H2O，持续搅拌至溶液澄清得溶液B；磁力搅拌下将溶液A加入溶液B中，搅拌一段时间。此前驱液配制完成后，将PS光子晶体浸渍至前驱液中，让前驱液进入光子晶体的空隙之中，在AcAc的作用下，前驱液完全进入空隙之后，缓慢的水解形成骨架，通过煅烧的方法除掉有机模板剂。利用该方法还可以制备只有大孔或者介孔结构的催化剂，只是分别去除模板剂F127和PS光子晶体。

本发明涉及的PS模板的制备方法如下：0.45g的SDS，0.6g的KPS，150mL的乙醇和270mL的水混合在三口烧瓶中，25℃磁力搅拌下溶解形成无色透明溶液，在氮气保护下，油浴升温至71℃，然后用注射器加入36mL苯乙烯，回流19h后冷却至室温，得到乳白色聚苯乙烯乳液。将乳液置于70度烘箱约24小时后，溶液全部蒸发，剩下具有光子色彩的PS模板。

所述的煅烧过程为升温速度为2℃/min，在500℃下保温4个小时。

所述的HCl的浓度为2mol/L。

本发明的优势体现在：

相对于介孔结构，多级孔道结构材料不仅可以使物质快速传输扩散，还具有光子晶体的性质，使得其在光子调制等方面有着特殊的性能；相对于大孔结构，多级孔道结构材料具有更高的比表面积，因此具有更好的吸附性能。

制备得到的多级孔道硅铁复合材料对低浓度双氧水具有较好的响应。

在可见光下，该多级孔道硅铁复合材料可以高效利用双氧水快速降解甲基橙等染料污染物。

此发明中所涉及到的原料经济易得，所进行的实验步骤简单方便。

本发明提供的光催化降解模拟污染物的活性考察方法如下：

取100mg制备的复合材料，加入石英管中，再量取100mL，pH＝3.0的甲基橙溶液加入，黑暗条件下磁力搅拌使催化加对有机物吸附30min，使之达到吸附-脱附平衡，加入一定量的双氧水，打开1000W的卤钨灯进行降解，每隔一定时间取样置于离心管中离心，取上层清液通过紫外-可见漫反射光谱测试其吸光度。与原始甲基橙溶液的吸光度的比值对应残留染料浓度。

附图说明

图1是实施例1、实施例2、实施例3得到的Si/Fe摩尔比分别为200:10,200:20,200:30的三种多级孔道催化剂的XRD谱图。从图中对比出β-Fe₂O₃的(222)和(440)两个晶面，证明了Fe以β-Fe₂O₃的形式存在。

图2是实施例1、实施例2、实施例3得到的Si/Fe摩尔比分别为200:10,200:20,200:30的三种多级孔道催化剂的FTIR谱图。从图中可以看到Si-O-Si的非对称振动在1100cm^-1处产生吸收峰，700-400cm^-1为Fe-O键的吸收峰。证明了该材料是以SiO₂和Fe₂O₃为骨架的多级孔道材料。