[发明专利]催化过硫酸盐处理有机废水的负载型金属催化剂及其制备

说明书

本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种高效催化过硫酸盐处理难降解有机废水的负载型金属催化剂及其制备方法。其化学式表达为CuOMO@Fe₃O₄，其为以过渡金属氧化物Fe₃O₄为载体，在该载体表面通过共沉淀法负载金属氧化物CuO和非氧化还原金属氧化物MO，其中M为非氧化还原金属。该催化剂能够实现对PMS高效催化，有效降解各种有机污染物。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种催化过硫酸盐处理难降解有机废水的负载型金属催化剂及其制备方法。

背景技术

随着现代社会工业化水平的不断提高，各种有机废水，特别是含有难降解有机污染物质的废水的有效处理正面临着越来越大的压力。高级氧化法由于其能够实现对有机污染物质的快速处理、二次污染小且具有良好的经济性，具有较好的应用前景。

目前高级氧化法体系中所采用的氧化剂主要包括过硫酸盐(PDS、PMS)和过氧化氢。其中由于PMS具有不对称结构和相对较低的键解离能，使之更易被活化，已成为各方面研究的热点。

基于活化PMS的高级氧化技术，所采用的活化因子主要有光、热、紫外线、过渡金属等。其中利用过渡金属制成的催化剂来催化活化PMS是目前最为常用的方法。在种类众多的过渡金属催化剂中，负载性过渡金属催化剂由于可以提供更大的比表面积和减少金属浸出，受到了广泛关注。同时，结合不同金属特性制备出的双金属催化剂也是提高催化剂催化性能的有效手段。例如催化剂Mn_1.8Fe_1.2O₄和CuFeO₂都较各自的单一氧化物作为催化剂时显示出更加高效的催化性能。

结合负载性金属催化剂和双金属催化剂的有点，制备负载型双金属催化剂有望进一步提高催化剂的催化性能。但这些催化剂在应用中还存在一些技术难题和研究缺陷，主要包括：1)催化体系中，氧化剂PMS利用率不高，会产生二次污染，2)催化剂载体一般采用非氧化还原金属氧化物(Al₂O₃等)和非金属载体(活性炭、石墨烯等)，对以过渡金属作为载体的负载型催化剂研究较少，3)双金属催化剂中金属成分的选择往往局限于过渡金属范围，忽视了非氧化还原金属的作用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种催化过硫酸盐处理难降解有机废水的负载型金属催化剂及其制备方法，其目的在于以过渡金属氧化物Fe₃O₄为载体，利用共沉淀法负载金属铜氧化物CuO和非氧化还原金属氧化物MO，从而实现对过硫酸盐高效催化，有效降解各种有机污染物，由此解决现有的过硫酸盐催化体系中氧化剂利用率不高，会产生二次污染的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种负载型金属催化剂，其化学式表达为CuOMO@Fe₃O₄，其为以过渡金属氧化物Fe₃O₄为载体，在该载体表面通过共沉淀法负载金属氧化物CuO和非氧化还原金属氧化物MO获得；M为价态为+2价的非氧化还原金属元素。

优选地，所述非氧化还原金属元素M为Ca、Mg和Zn中的一种。

优选地，该负载型金属催化剂中金属氧化物的摩尔比为CuO:MO：Fe₃O₄＝1～2:15～20:2～4。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的负载型金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在搅拌条件下，在含有过渡金属氧化物Fe₃O₄与碱性溶液的混合体系中加入金属氧化物CuO和非氧化还原金属氧化物MO的前驱体溶液，发生共沉淀反应，获得絮状体；其中M为非氧化还原金属元素；