[发明专利]一种铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂及其合成与应用

说明书

本发明公开了一种铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂及其合成与应用，其合成方法包括如下步骤：将CuCl₂·2H₂O加入含有PMDA和EDA的溶液中，水浴搅拌10h以上，形成混合液C；再于180℃下水热反应10～20h，将所得的固体产物过滤，将烘干的固体材料研磨成粉，置于N₂氛围中焙烧3小时，自然降温后获得。本发明的铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂在应用过程中不需要将体系的酸碱度调至2～3这种苛刻条件，在中性室温条件下对于难生物降解的有机污染物的降解就具有很好的去除效果。本发明的催化剂比表面积大，其活性组分极大暴露在催化剂表面，具有对污染物和H₂O₂的易接触性，不受空间位阻效应和毛细现象的明显影响。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂，及其合成方法和在降解水体中有机污染物的应用。

背景技术

随着化学技术的发展，大量化学合成材料应用于工农业生产中，导致大量难降解有机污染物不断释放到水环境中，严重影响水生态环境安全和人体健康。

Fenton法在处理难降解有机废水时，具有一般化学氧化法无法比拟的优点，至今已成功运用于多种工业废水的处理。用少量Fenton试剂对工业废水进行预处理，反应过程中会产生大量的具有强氧化性的羟基自由基(^·OH)，攻击水体中存在的有机污染物，使之发生部分氧化，从而改变它们的可生化性、溶解性和混凝性能，利于后续处理。然而，经典的均相Fenton法因其反应条件苛刻，pH值响应范围窄(2～3)，产生大量铁泥，以及无法实现活性组分与水分离等问题的存在，导致其无法更加广泛地被应用。

多相催化剂的开发在一定程度上弥补了均相Fenton技术的一些短板，如：催化剂易固液分离，pH适应范围增大，反应不产生铁泥等。但现有的多相负载型芬顿催化技术在催化剂的活性、稳定性等方面仍然无法满足工业废水处理的要求。其稳定性差的一个主要原因是负载型催化剂中的活性组分与载体无法有效络合，导致活性组分在反应过程中被分离和释放到溶液中；而在传统的络合方法中，催化剂的活性组分容易包裹在催化剂内部结构中，无法充分与过氧化氢和污染物接触。因此，如何协调二者之间的平衡，是当下科研工作者们的研究热点。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂的合成方法，该法用1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)与乙二胺(EDA)按比例溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中，同时加入二水合氯化铜(CuCl₂·2H₂O)作为铜源，通过原位掺杂的水热过程合成目标催化剂。其中，EDA作为氮源，PMDA、DMF均作为碳源。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂，该催化剂为多价态的铜物种掺杂在碳氮聚合体中(Cu-f-CNP NSs)，上述合成方法带来Cu的掺杂、Cu-O-C键的产生以及褶皱状团簇的形成；使得该催化剂具有大的比表面积，催化剂活性组分被极大地暴露在催化剂表面，且污染物和H₂O₂能够充分与活性位点接触，同时解决了活性和稳定性问题。

本发明的再一目的在于提供上述的铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂在对内分泌干扰素双酚A(BPA)、医药类物质苯妥英(PHT)以及农药类物质2-氯酚(2-CP)等有机污染物的催化降解中的应用，这种催化降解活性和效率明显高于常规的多相芬顿催化剂。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种铜掺杂碳氮聚合体多相芬顿催化剂的合成方法，包括如下步骤：

(1)将1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)与乙二胺(EDA)按摩尔比1:1溶解于溶剂中，形成溶液A；

步骤(1)所述的溶剂优选N,N-二甲基甲酰胺；