[发明专利]一种高效纳米光芬顿催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种高效纳米光芬顿催化剂及制备方法，水处理技术和环境功能材料技术领域。其由载体和固载于载体表面的化合物组成，所述载体为TiO₂纳米颗粒，所述化合物成分为MoS₂、Fe₂O₃、Bi₂O₅、CuO、Ag₂O中的两种以上。本发明制备的高效纳米光芬顿催化剂具有活性高、稳定性好、技术成熟及成本低等优点；制备的纳米载体比表面积大，活性组分负载后不易脱落。其方法对难降解有机废水中的TOC平均去除率达到56%以上，有利于光芬顿技术在废水处理中的应用。

技术领域

本发明属于水处理技术和环境功能材料技术领域，具体涉及适用于光芬顿处理难降解有机废水的一种高效纳米光芬顿催化剂及制备方法。

技术背景

随着经济不断增长，废水中难降解有机污染物的含量日益增长，并不断进入环境水体中。轻工业如纺织、印染业排出的染料废水，含有罗丹明B之类的有毒有害物质，对水体产生巨大污染；再比如医学药物如卡马西平、氧氟沙星之类的药物被大量使用，并且未经有效处理就大量排入水体中，此类医学药物极难被传统水处理工艺去除，一旦随着生物链被人体摄入将会对人体健康带来严重影响。此外，重工业不断发展也使得有机污染物日益增加，水体受污染程度不断提高。水体中诸如此类合成化学、染料废水、医学用药以及工业有机废水等可生化性较差，含有大量难降解有机污染物。

难降解有机污染物给人们日常生产生活带来威胁，同时还给医药、科研以及工业发展带来一系列棘手而又难以解决的问题。例如目前许多实验研究中出现的代表污染物亚甲 基蓝，其本体在空气中十分稳定，但溶于水体后，使水体呈现碱性并迅速表现出其毒性，由于其广泛应用于染料、生物染色剂领域，使用量大且传统水处理技术对其去除极其有限，使得亚甲基蓝对环境造成了严重破坏，并且进入水体后，带有严重毒性的水溶液对人体健康带来了巨大威胁；再比如一直以来困扰人们的工业废水问题，随着我国重工业持续不断发展，产生的工业废水对环境的破坏也越加严重、不可忽视。

传统的水处理技术去除难降解有机污染物的效果极为有限，所以人们试图寻求一种新型的水处理技术，而光芬顿催化氧化技术以其高效、清洁、流程简洁安全的优势，成为了近几年的热门研究技术。光芬顿催化氧化技术实质是一种高级氧化技术，原理为通过使用具有优良半导体性质的物质作为催化剂，当光照具有与半导体禁带宽度相当的能量时，利用光照照射到半导体催化剂表面，使得处于半导体内部的电子开始跃迁，从价带跃迁至导带，最终使得电子间形成空穴对，并具有极强的活性，这使得催化剂具备了诱导作用，并因此引发水中一系列的氧化还原反应，达到去除水中污染物的目的。光芬顿催化技术发展初期，TiO₂以其无毒无害、寿命长、催化活性高、价格合理的优势从众多半导体催化剂中脱颖而出，成为相当长一段时间内，各项光芬顿催化研究中使用最多的催化剂。但TiO₂作为催化剂问题也较为明显，其本身禁带宽度过大，达到了-3.2 eV，这导致了单一使用该材料无法高效利用太阳光的能量，研究表明，单一使用TiO₂对太阳光的利用率仅为3%-5%。价格合理但处理难降解有机污染物略显乏力，无法将其应用在实际生产当中。

随着国内外研究的深入，各式各样的新型光芬顿催化剂被研究出来，其中较为具有代表性的催化剂如TiO₂碳纳米管、TiO₂-微孔陶瓷、MoS₂/TiO₂复合催化剂和MoS₂-Ag₃PO₄等等，以TiO₂为基础进行改性的催化剂弥补了成本高昂的问题。研究发现当颗粒尺寸降低至纳米量级时展现出不同于宏观材料的物理化学性质，显示出优良的性能，因此本发明将催化剂载体制成纳米材料，提高催化剂的催化活性。

发明内容

为了进一步提高光芬顿催化剂的催化活性，本发明提供一种高效纳米光芬顿催化剂，同时，提供一种高效纳米光芬顿催化剂制备方法。