[发明专利]一种基于碳化铁基MOFS的铁锰双金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于碳化铁基MOFS的铁锰双金属催化剂及其制备方法，属于水污染治理技术领域。本发明通过在缺氧条件下600℃煅烧铁基MOFS直接获得高比表面积和高孔隙率的磁性含碳铁氧化物，并在碳包覆铁氧化物的基础上负载Mn₃O₄制得所述铁锰双金属催化剂；其组分为含碳铁氧化物Fe₂O₃@C和Mn₃O₄，所述含碳铁氧化物Fe₂O₃@C中含有纳米级γ‑Fe₂O₃与碳密切接触形成的Fe3C，所述Mn₃O₄负载在含碳铁氧化物Fe₂O₃@C的表面。本发明制备过程简单，制得催化剂催化效率高且可回收利用无污染。

技术领域

本发明涉及水污染治理技术领域，尤其涉及一种含碳的铁锰双金属催化剂及 制备方法。

背景技术

随着工业的发展，工业废水愈发呈现出有机污染物成分复杂、高毒性、高污 染性和难生物降解的特点，这些特点使得其中有机污染物的降解成为难点。

20世纪80年代，高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，简称AOPs) 发展起来，该方法可快速有效地降解工业废水中的有机污染物。AOPs是指通过 在反应体系内生成强氧化性自由基作为氧化剂，进而氧化各种污染物的技术。近 年来，随着研究的深入，人们对基于硫酸根自由基的高级氧化技术越来越重视， 其中非均相催化剂活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate，PMS)产生SO^4-·处理 水体中难降解污染物的新型高级氧化技术尤其被关注。这是由于硫酸根自由基 比常见的羟自由基具有更长时间的半衰期(30-40μs VS20ns)，同时硫酸根自 由基在电子转移过程中优先与有机物反应，而羟基自由基非选择性地参与各种 反应，导致羟基自由基不具备如硫酸根自由基一样的氧化能力和前体氧化剂缓 慢利用的优势。

非均相体系下过一硫酸盐的活化方法主要包括金属氧化物活化和负载型非 均相体系活化。生物炭改性可显著促进Co₃O₄对过硫酸盐的非均相活化；目前也 有研究人员将过渡金属氧化物负载于金属有机框架材料上活化PMS，金属有机框 架材料表面丰富的官能团能对水中污染物进行吸附，同时其中具有一定催化活 性的金属中心与后负载金属氧化物一同对水中PMS进行高效活化，金属有机框 架材料负载过渡金属氧化物这一方法为去除水体中抗生素和激素等难降解污染 物提供了新的思路和方法。

然而负载的过渡金属氧化物中Co具有生物毒性，Co₃O₄与生物炭的结合能较 低，易导致金属离子的溶出；应用于水体治理有较大的环境风险，残留在水体中 的钴离子很难去除，水中重金属离子钴浓度超标时会引起很多严重的健康问题， 如低血压、瘫痪、腹泻、骨缺陷和活细胞基因突变等。同时虽然金属有机框架材 料具有较大的比表面积与孔隙率，但是其本身对PMS的催化效率并不高，并且 金属有机框架材料在实际使用的过程中适用的pH范围较窄，热稳定性不高，通 常在酸性条件下和高温条件下易发生水解，导致金属离子溶出，加之金属有机框 架材料没有磁性，使用后催化材料难以从溶液中分离出来，容易造成二次污染， 并且目前负载其他金属氧化物的过程也较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种制备过程简单、催化效率高且可回收利用无污 染的基于碳化铁基MOFS的铁锰双金属催化剂。