[发明专利]催化过硫酸盐降解有机废水的氧化铜纳米催化膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种催化过硫酸盐降解有机废水的氧化铜纳米催化膜及其制备方法，属于废水处理技术领域。本发明以阳极氧化铝膜(AAO)为模板，利用溶胶‑凝胶法将氧化铜负载在AAO膜的纳米孔道内壁上，形成有序排列的氧化铜圆形纳米管，从而得到氧化铜纳米管阵列催化膜。本发明以过硫酸盐为氧化剂，当通过氧化铜膜时可活化成强氧化性物质，进而实现水体中有机污染物的降解去除。相比较于液相催化反应，纳米催化膜催化体系因纳米限域作用强化了污染物和过硫酸盐向氧化铜催化剂表面的传质扩散，提升了氧化性物质的产生，展现出更高催化效率。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种催化过硫酸盐降解有机废水的氧化铜纳米催化膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，工业废水的排放量逐渐增大。主要包括制药行业废水、炼制及化工废水、印染废水、电镀废水等。对于工业废水而言，根据生物降解的难易程度一般分为易生物降解、可生物降解和难生物降解废水。其中难生物降解废水大多含有多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物等大分子有机物，这些有机污染物及其代谢产物不仅毒性高而且大多具有持久性和顽固性，其COD浓度较高，可生化性极差，一旦进入水体会在不断地积累和富集中对水环境造成严重的污染，最终危害人类的生命健康，而传统的物化和生化方法都难以满足此类有机废水的处理。

近年来，以硫酸根自由基为基础的高级氧化工艺因其较强的氧化能力而成为研究热点。硫酸根自由基可以通过紫外光、加热和过渡金属介导的过硫酸盐或过氧单硫酸盐(PMS)的激活产生。在这些工艺中，过渡金属因其成本低、操作简单而倍受关注，包括铜、铁、锰和钴在内的过渡金属已被证明能有效地激活过硫酸盐。据报道，虽然Co²⁺、Ru³⁺、Fe²⁺等金属离子具有较高的催化活性，由于均相催化剂存在pH依赖性高、金属离子浓度高、催化剂回收困难，含过渡金属的多相催化剂被广泛用于激活过硫酸盐。而采用活性炭、活性炭负载金属及金属氧化物催化氧化处理废水的方法优势明显。铜系催化剂是目前工业上常用催化剂之一，铜元素被广泛用于催化剂的制备。与其他金属氧化物相比，氧化铜成本低、可用性好、毒性低，是激活过硫酸盐的有力选择。但由于金属催化剂的天然聚集倾向，负载型金属催化剂暴露的金属位点数量较少，传质效率慢，降低了催化反应中的催化活性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种催化过硫酸盐降解有机废水的氧化铜纳米催化膜及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化铜纳米催化膜，是氧化铜负载在阳极氧化铝膜的纳米孔道内壁上，形成有序排列的氧化铜圆形纳米管，所得到的一种氧化铜纳米管阵列催化膜。

在上述方案的基础上，所述阳极氧化铝膜的孔径为15～300nm。

上述氧化铜纳米催化膜的制备方法，步骤如下：

将铜的可溶性前驱体化合物与表面活性剂溶于n-甲基吡咯烷酮溶剂中，在65℃超声处理，直至溶解得到澄清均匀的溶胶；再将阳极氧化铝膜浸入到溶胶中，在100～300℃下反应1～6h，自然冷却至室温，取出反应后的阳极氧化铝膜，冲洗、烘干后于300～500℃氛围下煅烧1～3h，得到氧化铜纳米催化膜。

在上述方案的基础上，所述铜的可溶性前驱体化合物为铜的可溶性盐；优选为铜的硝酸盐、硫酸盐或醋酸盐。

在上述方案的基础上，所述溶胶中铜离子的浓度为0.1～1.0mol/L。

在上述方案的基础上，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种。

在上述方案的基础上，所述表面活性剂在溶胶中的浓度为0.01～0.5mol/L。

上述方法制备的氧化铜纳米催化膜在催化过硫酸盐降解有机废水中的应用。