[发明专利]一种非均相类Fenton催化剂Fe3C/C复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种非均相类Fenton催化剂Fe₃C/C复合材料的制备方法，包括，将生物质废弃物粉末和铁源混合并加水搅拌均匀，在不断搅拌下于80～100℃水浴中加热，蒸干得固体粉末前驱体；将前驱体粉末在惰性气氛中，逐渐加热至450‑800℃煅烧1～5小时，得黑色粉末；黑色粉末加入盐酸溶液中搅拌洗涤后用去离子水洗涤至中性、烘干，即得非均相类Fenton催化剂Fe₃C/C复合材料。将其应用于亚甲基蓝的降解可以得到较高的降解率。本发明所使用原料简单易得、价格低廉，耗时耗能低，对设备要求低，可大批量低成本生产；可以实现原位碳负载；“以废治废”，高效环保。

技术领域

本发明涉及一种非均相类Fenton催化剂Fe₃C/C复合材料的制备方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

近年来，染料在纺织，食品，造纸，印刷，皮革和化妆品等行业中大量生产和使用(例如：全球有超过10万种商用染料，年产量超过70万吨)。但是染料自身的毒性和潜在的致癌性质已经对人类健康和环境构成了严重的威胁。因此，采用有效手段去除工业废水中的染料污染物是非常重要的。作为高级氧化法中的一种，传统的Fenton试剂是目前应用最广泛的催化剂，主要利用二价铁离子催化过氧化氢产生高活性的羟基自由基来处理难降解的有机物。但是传统的Fenton氧化法有以下三个缺点：(1)需在pH小于3时进行，会造成设备的腐蚀； (2)铁离子的大量使用需要二次回收过程；(3)在最终处理时需将酸度回调，产生大量的盐，造成二次污染。

针对均相Fenton试剂存在的上述缺点，非均相类Fenton试剂亟待开发，已有诸多文献进行报道，比如：Fe₃O₄(M.Munoz,Z.M.de Pedro,J.A.Casas,J.J.Rodriguez,Appl.Catal.B: Environ.176(2015)249–265.)、α-Fe₂O₃(J.Bandara,J.A.Mielczarski,A.Lopez,J.Kiwi,Appl. Catal.B:Environ.34(2001)321–333.)、γ-Fe₂O₃(X.G.Wang,C.S.Liu,X.M.Li,F.B.Li,S.G.Zhou, J.Hazard.Mater.153(2008)426–433.)、α-FeOOH(J.He,W.H.Ma,J.J.He,J.C.Zhao,J.C.Yu, Appl.Catal.B:Environ.39(2002)211–220.)、β-FeOOH(Z.H.Xu,M.Zhang,J.Y.Wu,J.R.Liang, L.X.Zhou,B.Lu,Water Sci.Technol.68(2013)2178–2185.)、γ-FeOOH(S.S.Chou,C.P.Huang, Y.H.Huang,Environ.Sci.Technol.35(2001)1247–1251.)，但是上述非均相催化剂的催化过氧化氢分解的活性较低而都未能取得较好的结果。

中国专利文件CN104393313A公开了一种氮掺杂Fe/Fe₃C/C微生物燃料电池阴极催化剂材料及其制备方法，它涉及一种微生物燃料电池阴极催化剂材料及其制备方法。解决现有采用铂碳催化剂作为微生物燃料电池阴极催化剂材料存在成本高的问题。所述的复合材料是Fe 粒子及Fe₃C粒子均匀分布在石墨化碳骨架，且粒径在10nm～300nm的Fe/Fe₃C/C复合材料。但是，此专利文件中合成Fe/Fe₃C/C所使用的碳源为三聚氰胺或氰胺，均为有毒甚至致癌的物质，不利于大范围使用。

因此，开发环保、有效且稳定性较高(在酸性条件下不溶出)，并且处理效果好，处理条件不苛刻的类Fenton催化剂，成为亟待解决的技术问题。

发明内容