[发明专利]钌酸镧系钙钛矿催化剂及其非均相活化过一硫酸盐降解卡马西平的方法

说明书

本发明公开了一种钌酸镧系钙钛矿催化剂，以及其非均相活化过一硫酸盐从而降解卡马西平的应用方法，属于水处理领域。本发明的目的在于解决现有过硫酸盐催化活化技术效率偏低及会产生二次污染的问题，开发出一种更加高效、经济、环保的方法。该方法首次将钌酸盐系钙钛矿用于活化过一硫酸盐，利用二者活化产生的硫酸根自由基，进一步氧化废水中的PPCPs。使用该方法对典型PPCPs‑卡马西平去除效果明显，在3min去除率即可达到99％以上。该方法具有活化效率高、污染物去除高效快速、pH使用范围宽、运行操作方便等优点。

技术领域

本发明涉及水污染控制技术领域，尤其是涉及一种钌酸镧系钙钛矿催化剂及其非均相活化过一硫酸盐降解水体中卡马西平的方法。

背景技术

药物和个人护理用品(PPCPs)是一类新兴的微污染物，具有浓度低、多样性、难挥发及生物降解缓慢等特性，其包括各种抗生素、处方药和非处方药、护肤品、香料以及麝香等，目前已在环境中被广泛检出。卡马西平(CBZ)是一种常见的抗癫痫的药物，性质非常稳定，难以生物降解，排放到环境水体中会对细菌、藻类、无脊椎动物和鱼类产生毒害作用，并且有可能通过食物链对人体产生危害，从而引发环境风险或环境问题。

水体中PPCPs的去除技术主要有常规生物处理技术以及深度处理技术。生物处理虽然运行简单，费用低，但对于卡马西平等有毒难降解的污染物，去除效率很低。而深度处理技术，尤其是基于羟基自由基(HO·)和硫酸根自由基(SO₄^-)的高级氧化技术，在去除PPCPs方面有巨大潜力，并已广泛应用于废水和地下水处理中。

虽然传统的基于羟基自由基的芬顿及类芬顿高级氧化技术降解速度快，设备简单，成本低且易操作，但是由于其对酸碱环境要求严格，处理过程中有大量铁泥产生，而且由于HO·存在时间较短，导致其利用率较低，这些问题的存在也限制了其进一步的推广应用。

近年来，基于硫酸根自由基的高级氧化技术越来越受到人们的重视，由于其对难降解有机污染物的高效去除率以及高选择性，已发展为难处理降解有机废水的新技术。SO₄^-可以通过加热、紫外光、过渡金属离子等方法活化单过硫酸盐和过二硫酸盐产生，而过一硫酸盐由于结构的不对称性，更容易被活化。

由于热活化和紫外光活化消耗大量的能量使其活化成本比较高，而过渡金属非均相催化技术则可以在常温、常压下快速进行，不需要额外能量，因此被广泛研究。虽然金属钴被认为是最好的活化剂，但它的泄漏存在二次污染问题。因此，急需寻找一种绿色催化剂来活化过一硫酸盐。

目前，铁类材料例如亚铁离子，纳米零价铁，和四氧化三铁等，由于其更好的绿色可持续性而受到广泛研究。然而，大量研究发现这些材料在短时间内包含或者释放的大量亚铁离子，反过来又会抑制SO₄^-的生成，从而降低催化效率。

钌(Ru)基催化剂价格低廉、而且抗腐蚀性强，因此在催化、储能、航空材料等各个领域中的应用逐渐成为研究热点。Ru基催化剂的基本组成有载体和活性中心，选择适宜的载体材料，有助于提高Ru纳米颗粒的分散度和稳定性，提高Ru催化剂的利用效率，从而降低生产成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了钌酸镧系钙钛矿催化剂及其非均相活化过一硫酸盐降解卡马西平的方法。本发明的目的在于解决现有过硫酸盐催化活化技术效率偏低及会产生二次污染的问题，开发出一种更加高效、经济、环保的方法。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供了一种钌酸镧系钙钛矿催化剂，其制备方法为：