[发明专利]一种Ti3C2-FeOOH复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种一种Ti₃C₂‑FeOOH复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用，提供了一种用来催化PMS降解水中有机污染物的复合型金属氢氧化物催化剂的制备方法以及降解有机污染物的方法。该金属催化剂是以Ti₃C₂和金属铁盐为原料，配置成混合溶液，通过水热法制备出含有Ti₃C₂和FeOOH的复合型过渡金属催化剂。向有机污染物溶液中加入适量氧化剂过一硫酸氢盐（PMS）和本发明复合型过渡金属催化剂进行催化降解有机污染物反应。本发明的复合型技术催化剂催化降解有机污染物效果好，降解率高，且方法简单，达到了高效治污的目的。

技术领域

本发明涉及无机催化剂制备的技术领域，具体涉及一种Ti₃C₂-FeOOH复合型过渡金属催化剂及其制备方法和应用，本发明制备的催化剂对于过一硫酸氢盐氧化分解水中有机污染物具有很好的催化性能，并且拥有较好的重复性，适用于类Fenton反应。

背景技术

化学工业的发展日新月异，但所排放出的废水大部分是成分复杂、浓度较高、难生物降解的物质，给生态环境和人类健康带来了危害，而传统的废水处理方法对于这类物质的去除效果并不理想。近几十年来，高级氧化技术(Advanced Oxidation Technologies,AOTs)因其降解有机污染物的高效性得到了国内外学者广泛关注，它是利用反应过程中生成的强氧化性自由基(如：·OH、·OOH等)将有机污染降解成小分子物质，最后矿化成CO₂、H₂O和相应的无机离子。在各种高级氧化技术中，Fenton氧化法因其操作简单、费用低廉、无须复杂设备且对环境友好等优点收到了较多的关注，并逐渐发展了光助Fenton、电Fenton、光电Fenton等Fenton体系。但是，Fenton氧化法也有其明显的局限性，包括：(1)反应在pH值接近3的条件下才有较高活性；(2)反应过程由于铁聚集和沉降将产生大量污泥；(3)需要消耗大量的化学试剂，尤其是昂贵的H₂O₂；(4)铁催化效率低，催化缓慢，而且铁盐的用量很高，没有起到真正的催化作用；(5)对一些有机物无法达到预期的降解效果，TOC去除率不超过60％。

为克服Fenton氧化法存在的诸多局限，近些年，许多学者研究了与Fenton氧化法类似的体系：“过渡金属+过氧化物”，例如Ni(II)/过一硫酸氢盐(peroxymonosulfate,PMS)体系、Ag(I)/PMS体系等。1956年，Ball和Edwards首次报道了钴可以催化分解PMS产生具有强化型的自由基。知道2003，美国俄亥俄州立大学的Anipsitakis才首次将这种高级氧化技术应用在废水处理领域。Oxone是提供活性成分物质PMS的商品名称，别名：过一硫酸氢盐，化学组成为：2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄，其标准氧化还原电位E⁰＝+1.82V(相对于标准氢电极，下同)，高于H₂O₂(E⁰＝+1.76V)，其具有性质稳定、易于处理、无毒和成本低廉等优点，是一种较强的氧化剂。PMS不同于其他氧化剂(如H₂O₂、K₂S₂O₈等)，它是一个取代HOOH的部队哼过氧化物，其自身独特结构使其本身很容易被激发和活化。研究表明，变价金属离子M₂₊以及氧化物MO_X(其中x＝1，2，3，M代表Co、Mn、Cu、Ce和Fe等)都具有激活PMS产生活性的能力，与Fenton反应体系比较，其最大的优点是在较宽的pH范围(3-10)都能保持较高的氧化活性，并且催化剂的用量很少，氧化去除有机物反应方程式可表示如下：