[发明专利]一种铜铝类水滑石/掺氮碳纤维复合催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种铜铝类水滑石/掺氮碳纤维复合催化剂的制备方法及其应用，属于化工材料技术领域，可解决现有电催化氧化技术降解酚类污染物的修饰电极的材料为贵金属成本高而不利于推广以及类水滑石导电性差的问题，由掺氮碳纤维和铜铝的金属氧化物混合而成，催化剂的制备方法包括：提供活化的碳纤维；加入含氮物质进行掺杂；提供铜铝盐溶液和碱性溶液；将所述掺氮碳纤维分散于水中，并向其中同时添加所述铜铝盐溶液和碱性溶液进行共沉淀得到前驱体；对所述前驱体进行热处理得到所需的催化剂。该催化剂的制备方法制备成本低，适合工业化生产；所制得的催化剂特别适合用于电催化氧化法处理废水中酚类污染物，其去除效率高。

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种铜铝类水滑石/掺氮碳纤维复合催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

酚类物质是焦化废水中的主要污染物之一。随着国家对焦化企业污水排放要求的提高，目前对焦化废水的处理通常采用生物降解处理，但出水的COD和色度等指标仍无法达到国家排放标准，因此需进行深度处理。焦化废水的深度处理常见的方法有臭氧氧化法、絮凝法、电催化氧化法等。其中，臭氧氧化法处理后废水的可生化性差；絮凝法具有投药量大、产泥量大的缺点，因而经济成本较高。电催化氧化法具有处理效率高且无二次污染的优点，对于焦化废水中大量难降解的酚类有机物，有较好的处理效果。利用惰性阳极良好的催化氧化性可直接降解污染物，或者通过生成具有强氧化性的活性物质（如羟基自由基）可将酚类有机污染物降解为小分子化合物。此外，焦化废水中溶解的大量无机盐可作为电催化氧化法所需的电解质，使处理过程易于操作，成本低廉。

Rahim等将双金属Ni-Ru沉积物负载于石墨电极上，发现在碱性溶液中该电极对苯酚的降解具有显著的催化氧化性。苯酚的降解发生在Ni上，而中间产物的降解发生在Ru上。Dai等采用以β-PbO₂为阳极的湿式氧化体系研究硝基苯酚的降解规律，结果表明阳极附近的硝基苯彻底降解，阴极附近溶液的BOD/COD指标有明显提高。上述研究结果反映出电催化氧化技术对降解酚类污染物的高效性，但也表明目前研究选用修饰电极的材料多为Ru、Pd等贵金属材料，其不利于降低焦化废水的处理成本和电催化氧化技术的应用推广。CN201110008900公开了以改性镁铝二元类水滑石为前驱体制备了吸附处理水体中双酚A的催化剂。该催化剂解决现有技术中采用有活性炭、大孔吸附树脂等吸附剂吸附处理废水中的双酚A存在吸附剂再生困难、成本费用高等技术问题，具有可再生、成本费用低等优点。

类水滑石（HTLCs）是一类具有微孔结构的层状阴离子粘土类化合物，其在催化、吸附、环境、医药、纳米材料、功能高分子材料等领域受到广泛重视。近年来，以类水滑石为前驱体制备高效纳米催化剂的方法在碱催化、氧化还原反应以及加氢反应方面得到广泛应用。使用类水滑石作为前驱体制备的催化剂具有表面金属元素分布均匀，催化活性高，抗烧结能力强的优点。将类水滑石负载于电极表面处理焦化废水，可实现废水中酚类污染物在电极表面的富集和高效氧化降解。然而，类水滑石化合物存在导电性较差的问题。

发明内容

本发明针对现有电催化氧化技术降解酚类污染物的修饰电极的材料为贵金属成本高而不利于推广以及类水滑石导电性差的问题，提供一种铜铝类水滑石/掺氮碳纤维复合催化剂的制备方法及其应用。

本发明采用如下技术方案：

一种铜铝类水滑石/掺氮碳纤维复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，氮掺杂活性碳纤维的制备：将碳纤维置于浓度为98%的浓硝酸溶液中酸化3h，再加入含氮材料，搅拌1~3h后，缓慢滴加溶有等摩尔质量的过硫酸铵的1mol/L的HCl溶液，反应3~6h，抽滤，经0.1mol/L的HCl溶液洗涤，干燥，得到氮掺杂活性碳纤维；

第二步，混合盐溶液的制备：将硝酸铜和硝酸铝按比例溶解于蒸馏水中，得到铜铝混合盐溶液；