[发明专利]一种水处理用复合磁性纳米催化材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及环保技术及功能材料技术领域，具体说是一种水处理用复合磁性纳米催化材料的制备及其在催化氧化处理废水中的应用。首先，采用二价铁盐和三价铁盐按一定比例混合，添加聚乙二醇、葡萄糖酸钠、柠檬酸铵等作为合成助剂，在碱性条件下制备磁性Fe₃O₄纳米颗粒；随后，将Fe₃O₄纳米颗粒经稀酸及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液处理后与镁离子混合，在碱液调节下制备磁性Mg(OH)₂@Fe₃O₄复合纳米颗粒；最后，将制得的复合磁性纳米材料浸于活性金属离子溶液中，促进形成晶格缺陷活性位点，进一步强化催化氧化效果。所得磁性复合纳米催化材料性质稳定，制备工艺简易，原料廉价易得，为多用途的环境友好性材料。

技术领域

本发明涉及环保技术及功能材料技术领域，具体说是一种水处理用复合磁性纳米催化材料及其制备方法和在催化氧化处理废水中的应用。

背景技术

随着社会的进步和国民经济的快速发展，各种环境污染加剧，其中，水资源滥采滥用及污水废水的乱排乱放严重危害人类健康，水环境保护引起了人类社会的广泛关注，水处理技术也不断发展起来。近年来，高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，简称AOPs)不断发展，被广泛应用于水中难降解污染物的去除。AOPs产生具有强氧化能力的羟基自由基，在高温高压、电催化、光催化、催化剂等反应条件下，将大分子难降解物质氧化为低毒或无毒的小分子物质，加快废水中污染物与氧化剂间的化学反应，实现污染物的去除。根据反应条件和自由基产生方式的不同，AOPs可分为光催化氧化、臭氧氧化、Fenton/类Fenton氧化、电化学氧化等。AOPs在环境内分泌干扰物、抗生素、耐药菌及抗生素抗性基因(ARGs)等有害物质的去除方面具有广阔的应用前景。

金属催化氧化技术是近年发展起来的一种较为新颖和高效的方法，以金属盐或其氧化物为催化剂，加强氧化反应，显著提高水体中高稳定性有机物的分解效果。同时，金属催化氧化技术具有氧化效率高、反应迅速、适用范围广、高稳定难降解有机物去除效率高等优点，得到研究者的广泛研究。洪浩峰等人在“臭氧催化氧化处理苯酚废水研究”一文中，以活性炭负载金属Fe、Cu、Mn氧化物，对模拟苯酚废水进行臭氧催化氧化技术的比较，催化氧化效果明显，Fe氧化物的活性相对较高(《环境科学与技术》，2010，33(7)：301－304)。黄挺等人在“Fe⁰类芬顿法深度处理制药废水”一文中，以零价铁作为类芬顿反应中的催化剂，对某制药集团经生化处理后的制药废水进行深度处理，结果表明COD去除率20％时，可有效提高废水B/C比，且Fe⁰重复利用效果良好，为制药废水的深度处理提供了参考(《环境工程学报》，2017，11(11)：5892－5896)。石振武等人在“纳米复合材料Ag@TiO₂@SiO₂的制备、光催化及其抑菌性能”一文中，以SiO₂为模板，制备核壳纳米Ag@TiO₂@SiO₂复合材料，以罗丹明为目标污染物研究复合材料的光催化性能，测试对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌性能，结果显示复合材料具有良好的催化性能和抑菌性能(《无机材料学报》，2016，31(5)：466－472)。

纳米氢氧化镁作为一种环境友好的无机纳米材料，具有吸附能力强、比表面积大、制备成本低等特点，在水处理领域、医药领域、阻燃填充领域等都得到广泛应用，如重金属脱除、含酸废水中和、塑料阻燃填充及缓泻剂制备等。但是，普通纳米氢氧化镁材料由于颗粒细小，制备后的收集难度和能耗较大，同时，使用过程中易于流失且难以回收重复利用。赋磁后的纳米颗粒可通过磁场进行快速低能耗收集，并多次回收再利用。然而，目前尚未有将纳米氢氧化镁负载于磁性颗粒表面形成核壳结构磁化纳米净水材料，并将其应用于催化高级氧化技术方面的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水处理用复合磁性纳米催化材料及其制备方法和催化氧化处理废水中的应用。