[发明专利]一种固定化非均相芬顿催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于环境功能材料及废水处理技术领域，具体为一种固定化非均相芬顿催化剂的制备方法及应用。本发明催化剂以介孔分子筛为载体，以有机酸对载体进行表面修饰，再以铁为活性组分进行负载，最后经高温处理在介孔分子筛表面形成铁‑有机酸盐。该催化剂对工业废水中的苯酚类有机污染物具有高效降解作用，在室温和接近中性条件下对废水中苯酚类降解率可达90％以上，且催化剂铁流失量少。本发明构建的非均相芬顿体系不需要调节pH值，体系中无化学污泥产生，工艺流程简单，易于控制，具有较好的实际应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料及废水处理技术领域，涉及一种固定化非均相芬顿催化剂的合成方法及应用，具体涉及一种表面经有机酸修饰的介孔分子筛负载铁型非均相芬顿催化剂的制备及其催化降解苯酚类有机污染物的方法。

背景技术

芬顿催化体系是一种高级氧化技术，基于体系内产生强氧化活性的自由基，可以无选择性的去除和降解常规方法中无法分解的有机污染物，已经广泛应用于酚类、药物、垃圾渗滤液等废水的处理中[Pouran S.R.et al.,Journal of Cleaner Production.2014,64,24]。芬顿催化剂早期研究主要集中在均相方面，常用催化剂为过渡金属，如铁、钴、铜、锰、镍等，利用双氧水分解产生的羟基自由基催化降解有机污染物，具有反应迅速、无传质阻力，反应条件温和等优点，但随着研究及应用的深入，均相芬顿催化剂同时表现出了pH值范围窄、催化剂难回收利用、化学污泥产生量大且难处理等问题，因此，非均相芬顿催化剂逐渐成为芬顿研究体系的关注重点。

非均相芬顿催化剂的关键是载体选择及应用。专利CN104383958A利用氨基功能化SiO2介孔薄膜负载铁制备了一种非均相紫外-芬顿氧化催化剂。专利CN103496764A利用聚四氟乙烯改性后的铁碳为非均相催化剂，构建高效非均相电芬顿体系。专利CN103041815A发明了一种凹凸棒土载铁非均相芬顿催化剂的制备方法。专利CN103111321A公开了一种载铁分子筛型类芬顿催化剂的制备方法及用该方法制得的催化剂在硝基苯废水处理系统中的应用。专利CN102626627A公开了一种活性炭负载亚铁的非均相芬顿试剂氧化催化剂的制备方法。

分子筛是一种无机硅铝酸盐类多孔材料，具有孔道规整、孔径可调节、比表面积大、酸性位多等优点，逐渐应用于非均相芬顿催化剂的制备和应用中。而介孔分子筛具有较大的孔道，能够和苯酚类有机污染物尺寸匹配，有利于此类降解目标分子进入分子筛内部孔道，与催化活性位密切接触，提高催化活性。

本发明以多种介孔分子筛为载体，通过氯代磺酸类有机分子与分子筛表面硅铝羟基的接枝反应对分子筛表面进行磺酸化修饰后负载Fe盐，高温处理制备高稳定性类芬顿催化剂。该催化剂通过化学键将磺酸基团和铁紧密键合，有效抑制了铁流失现象，且磺酸改性强化了分子筛表面酸性位，在载体表面形成了微观酸性区域，有利于苯酚类有机分子在载体表面催化降解，减少均相芬顿催化体系中对介质强酸性的依赖。该催化剂在室温和接近中性条件下能高效降解酚类废水，且能够方便快捷的回收利用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种室温与中性pH值条件下具有优异催化活性的高稳定性、铁离子流失量小、可再生非均相芬顿催化剂及其制备方法，以及在降解苯酚类有机废水中的应用。

本发明提出的固定化非均相芬顿催化剂，用氯代磺酸类有机分子与介孔分子筛表面硅铝羟基接枝反应对介孔分子筛表面进行磺酸化修饰，以修饰后的介孔分子筛为载体，以过渡金属Fe为活性组分制备得到。活性组分在催化剂的负载量为5-25wt.％。该催化剂在室温(<30℃)和接近中性条件下(pH＝6-8)与H2O2共同作用，表现出强氧化能力，苯酚在2h内降解率均可超过90％，且催化剂稳定性和再生性良好、铁离子流失量低。

本发明提出的非均相芬顿催化剂的制备方法，具体步骤如下：