[发明专利]中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂及其制备方法与应用。该中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂的制备方法包括先利用酿酒酵母菌作为生物模板在高温环境下制备成具有多孔的二氧化铈纳米微球，再通过原位沉积的方式使其负载到水铁矿表面。所述催化剂中的中孔二氧化铈纳米微球具有光敏效应，可响应可见光产生光生载流子，促进水铁矿在芬顿体系中对过氧化氢的活化效率。所产生的活性自由基团对污染物具有广谱催化降解效果，具有一定的实际应用价值。

技术领域

本发明属于多相类芬顿材料制备和环境水处理领域，具体涉及中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近期，新型污染物如抗生素在地表水中的富集将导致耐药菌株的进化产生和环境污染。据报道，作为四大类抗生素之一的四环素，其在中国的年产量排名为抗生素类物质中第一。又由于其具有稳定的芳香结构和官能基团，很难在环境中自然降解。传统的物理处理方式不可使这种新型污染物发生降解，因而，先进氧化技术，特别是以过氧化氢(H₂O₂)作为氧化剂的芬顿技术被人们关注并应用于该类新型污染物抗生素的降解。

传统的均相芬顿氧化技术主要是应用Fe²⁺与H₂O₂在酸性的条件下反应产生能攻击有机污染物的羟基自由基(·OH)，使污染物逐步降解甚至矿化成H₂O和CO₂的过程。但传统的均相芬顿氧化的实际应用受到了几个方面的限制，包括：(1)·OH的产生受pH的限制，一般只发生在pH为2.5至3.5的范围；(2)体系中Fe²⁺的再生率极低，使得·OH的产率不高，反应活性受限；(3)反应过程中易产生氢氧化铁污泥沉淀，降解有机污染的同时会对水质产生新的色度和杂质污染。

为解决传统均相芬顿的缺陷，铁基多相芬顿催化剂应运而生，其中自然界广泛存在的天然铁矿物水铁矿以其独特的催化和吸附性能受到了广泛的研究关注。特别是它可以作为类芬顿催化剂应用于高级氧化体系中，活化H₂O₂产生·OH并无选择性地攻击有机分子使其降解。但单独的水铁矿在类芬顿体系中对污染物的催化活性并不高。因此，利用水铁矿作为载体，构建新型高效类芬顿催化复合材料，有效提高铁基类芬顿材料的催化活性具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂的制备方法。该方法包括先利用酵母菌做生物模板合成中空二氧化铈纳米微球，再通过沉淀法将其负载到水铁矿的表面。

该方法有效利用廉价且来源丰富的酿酒酵母微生物，制备成活性位点多、具有光敏响应、可有效活化H₂O₂的铁基铈系高效类芬顿复合材料(hCeO₂/fh)。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述中空二氧化铈微球负载水铁矿多相类芬顿催化剂的应用，具体指在低能耗的可见光光源/芬顿体系中降解有机污染物的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

中空二氧化铈微球负载水铁矿(hCeO₂/fh)多相类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将酵母菌和二氧化铈前驱体加入到水中，混合均匀后，加入碱性物质得到混合液，静置老化，洗涤，干燥，然后在500～700℃下煅烧1～3h，冷却，得到中空二氧化铈纳米微球；

(2)将中空二氧化铈纳米微球加入到水中，然后加入水铁矿前驱体和碱性物质，得到混合液，将混合液的pH调至6.0～8.0，室温下反应2～4h，离心，洗涤，干燥，得到hCeO₂/fh多相类芬顿催化剂；