[发明专利]一种微生物负载型铂钯合金纳米催化剂在对硝基苯酚或偶氮染料催化降解中的应用

说明书

本发明公开了一种微生物负载型铂钯合金纳米催化剂在对硝基苯酚或偶氮染料催化降解中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：将含有对硝基苯酚或偶氮染料的有机污染废水与硼氢化钠溶液混合，然后加入微生物负载型铂钯合金纳米催化剂进行催化降解反应，反应完全后即完成该有机污染废水的催化降解；所述微生物负载型铂钯合金纳米催化剂以微生物为载体，在微生物的细胞内和/或细胞外负载有铂钯合金纳米颗粒。本发明的应用采用的催化剂催化活性好，降解彻底，降解所用时间短，处理效率高。

技术领域

本发明属于贵金属纳米催化剂去除染料污染物领域，尤其涉及一种微生物负载型铂钯合金纳米催化剂在对硝基苯酚和偶氮染料催化降解中的应用。

背景技术

造纸、皮革、纺织、印刷等行业排放的染料废水已经造成了严重的环境污染，其中偶氮染料(azo dyes，偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物)在染料中所占的比例为50％～70％左右，是纺织品服装在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。在特殊条件下，它能分解产生20多种致癌芳香胺，经过活化作用改变人体的DNA结构引起病变和诱发癌症。偶氮染料是目前种类最多的一大类染料，其分子中含有偶氮基(-N＝N-)，化学稳定性高，在水体中具有抗光抗氧化能力，导致水体生态系统受到破坏；另外，偶氮染料也具有致畸、致癌、致突变的“三致”作用，严重危害人体的健康安全。在生产和应用的过程中，约有10％-15％的染料未经处理即被排放到环境中去并可能严重影响接触者的健康。与偶氮染料相同，对硝基苯酚同样广泛应用于染料行业，对环境和人体造成与之类似的严重危害。因此，对硝基苯酚和偶氮染料废水必需在排放前进行无害化处理。

目前常用的物理吸附处理方法只是将污染物转移，无法实现污染物降解，很容易造成二次污染；生物降解方法所需时间较长，不能回收应用，处理效果也不理想。而利用化学催化反应降解对硝基苯酚和偶氮染料所需时间短，降解彻底，越来越具有广阔的应用前景和价值。因此，寻求一种经济、高效降解对硝基苯酚和偶氮染料的催化剂成为防治其污染问题的可循之路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种降解时间短、降解高效彻底、可回收重复利用的微生物负载型铂钯合金纳米催化剂在对硝基苯酚或偶氮染料催化降解中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种微生物负载型铂钯合金纳米催化剂在偶氮染料催化降解中的应用，所述应用的方法包括如下步骤：将含有对硝基苯酚或偶氮染料的有机污染废水与硼氢化钠溶液混合，然后加入微生物负载型铂钯合金纳米催化剂进行催化降解反应，反应完全后即完成该有机污染废水的催化降解；所述微生物负载型铂钯合金纳米催化剂以微生物为载体，在微生物的细胞内和/或细胞外负载有铂钯合金纳米颗粒。

双金属复合纳米材料是一种有效改善纳米催化剂性能的较优策略，其可以整合两种金属的优异性能从而产生强的相互耦合作用，包括空间效应和电荷效应，因此具有明显增强的本征性能和许多新奇特性。本发明采用的铂钯合金双金属纳米颗粒能够有效增强纳米材料的催化活性和稳定性，铂和钯的弱晶格收缩会产生一个小的压缩应变，同时铂和钯之间发生电荷转移形成Pt-Pd键，从而改变了它们之间的结构和活性，这种强的相互耦合作用使得铂钯合金纳米颗粒具有更加优异的催化性能。

上述的应用，优选的，所述微生物负载型铂钯合金纳米催化剂采用的微生物为希瓦氏菌属(Shewanella)，所述铂钯合金纳米颗粒的粒径为3～40nm，所述微生物负载型铂钯合金纳米催化剂中微生物、铂和钯的质量比为(10～100):(0.5～2):1。

该菌种生长周期短、产量高，适合工业化培养生产，而且是一种典型的金属还原菌，具有强大的电子释放能力、硫代谢能力和对毒性的高耐受能力，该菌在厌氧呼吸过程中，细胞内外的蛋白质、多糖等还原性物质可以通过一系列细胞色素C参与的电子传递，实现外源金属离子的还原，同时这些蛋白质等生物大分子的官能团可以为纳米颗粒的生长提供成核位点，并与之相互作用防止纳米颗粒的聚集，起到还原和稳定的作用。