[发明专利]一种二元掺杂铁酸铋非均相光Fenton催化剂制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种二元掺杂铁酸铋非均相光Fenton催化剂制备方法及应用。将一定量的硝酸铁、硝酸铋、硝酸铝和硝酸钡溶解于20mL乙二醇甲基溶液中搅拌30min，同时加入20uL硝酸溶液；向10mL乙二醇溶液中加入1.6811g柠檬酸，搅拌30min；将上述所得两种溶液混合，加热到60℃，继续搅拌90min,得到红褐色液体；然后将混合溶液移入蒸发皿中，放入80℃烘箱干燥18h，得到红褐色片状固体。称取一定量片状固体充分研磨，然后在温度为500℃的马弗炉中煅烧2h,冷却至室温后，洗涤、干燥，得到非均相光Fenton催化剂。所制得的催化剂不仅对可见光响应增强，而且极大提高H₂O₂产生羟基的效率，具有更高的催化活性，同时制备方法简单、反应条件温和，在较宽的pH范围内均具有较好的催化性能。

技术领域

本发明属于废水处理催化剂制备技术领域，具体涉及一种二元掺杂铁酸铋非均相光Fenton催化剂的制备及催化氧化降解有机污染物方面的应用。

背景技术

Fenton氧化法，是废水处理过程中重要的手段，可以在H₂O₂和催化剂的共同作用下产生具有强氧化能力的羟基自由基将污染物直接降解为CO₂、H₂O及小分子有机物。但传统Fenton法存在降解效率不高，pH适用范围窄,容易形成铁泥，催化剂不能重复利用等缺点，有一定的局限性。正是在这种背景下，非均相Fenton法受到了广泛的关注，人们研究发现非均相Fenton法具有反应速率快，反应条件温和，操作简单，运行成本相对较低以及催化剂以固态形式存在易于分离和可以循环利用等优点。目前，有相关研究表明，催化剂中加入一定量的金属离子可以显著提高催化剂的降解性能以及稳定性，一定程度上提高了催化剂的活性。同时将紫外光或者可见光引入非均相Fenton反应体系，有利于加快分解H₂O₂形成羟基自由基，大大提高了H₂O₂的利用率，但对于满足工业上的需求还有一定的差距。因此，制备出能满足在各种条件下的Fenton催化剂，已成为研究Fenton氧化技术的热点和难点问题之一。

铁酸铋(BiFeO₃)是钙钛矿结构，具有较窄的禁带宽度(2.18eV)和多铁特性，不仅可以使光能转化为化学能，而且还可以降解水中的有机污染物。铁酸铋通过吸收可见光产生电子和空穴，在电子和空穴的作用下，生成羟基自由基，使有机污染物氧化分解，但由于电子和空穴容易复合，降低了催化剂的催化效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于非均相光Fenton反应体系，将非均相Fenton法同光催化法相结合降解废水中有机污染物的催化剂制备方法。本发明通过铝元素、钡元素的掺杂方式一定程度上提高了催化剂的催化效率、活性以及稳定性，同时该催化剂的制备方法简单，工艺条件易调控，成本低，容易实现非均相光Fenton反应的工业化应用。

本发明的钡、铝二元掺杂铁酸铋纳米非均相光Fenton催化剂，化学式为Bi_0.93Ba_0.07Fe_(1-x)Al_xO₃(0≤x≤0.1)，具有多孔纳米结构和良好的催化活性。

本发明提供一种二元掺杂铁酸铋纳米非均相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，是通过以下技术方案来实现的：

(1)铋元素、钡元素、铁元素和铝元素按化学式Bi_0.93Ba_0.07Fe_(1-x)Al_xO₃的计量比溶解在10～20mL乙二醇甲基溶液中，并向溶液中加入20uL硝酸溶液，搅拌20～30min；

(2)将1.6811g柠檬酸溶解于5～25mL乙二醇溶液中，搅拌20～30min，使其充分混合均匀；