[发明专利]一种高分散性三维多孔碳基金属催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高分散性三维多孔碳基金属催化剂的制备方法及应用，采用方法的要点是将金属酞菁与碳凝胶前驱体分散于无水乙醇溶液中反应烘干得固体产物于管式炉中煅烧制得催化剂。本发明制备简单，成本低廉，金属催化中心分散均匀，可控性强，催化剂稳定且反应条件温和，可在pH=2‑11的条件下高效活化氧化剂产生活性氧种从而实现对含酚废水中有机污染物的彻底去除；且克服了现有高级氧化技术中催化剂存在的催化效率低、去除效果差、pH适应范围窄以及金属溢出量大等不足，绿色环保对水体环境无二次污染，为绿色高效处理含酚废水中的有机污染物提供了新思路，具有极大的实际应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂的制备方法，特别涉及一种高分散性三维多孔碳基金属催化剂的制备方法及应用，属于化学与废水治理领域。

背景技术

酚类物质是一类重要的芳香族化合物，广泛用作医药、除草剂、染料、油漆、造纸、石化、木材或皮革防腐剂等工业生产的中间体和原料。然而，随着生产过程中废弃物和废水的大量排放而进入地表和地下水体，含酚废水已成为当今世界上危害大、污染范围广的工业废水之一，并因其较强的生物蓄积毒性和“三致效应”(致癌、致畸、致突变性)，被美国环境保护署(USEPA)和中国环保局列为优先控制污染物。因此，如何高效地去除含酚废水中的有机污染物是目前国内外水处理领域的难点和热点。

目前，常用的处理水环境中有机污染物的方法主要包括物理处理方法(如絮凝法、膜过滤法和吸附法)，化学处理方法(光氧化法、电化学氧化法和臭氧氧化法)，生物处理方法(如传统活性污泥法和微生物反应器)等。虽然这些常规的水处理技术能一定程度上去除有机污染物，但存在去除效率低、去除不彻底、需要外加能量输入且操作较为复杂等弊端，限制了对实际含酚工业废水的治理。

近年来，随着废水处理技术的不断进步与发展，高级氧化技术因其具有对水体中有机污染物降解速率快、反应彻底、反应条件较为温和以及可连续型操作等优点，已成为如今最有效的水污染治理手段之一。例如公开号：CN107262032A“一种吸附催化氧化协同降解苯酚的催化剂及其制备方法与应用”公开了一种吸附催化氧化协同降解苯酚的催化剂的制备方法并用于苯酚废水的处理，氮掺杂石墨烯气凝胶作为催化剂，加入过硫酸盐催化氧化20-60min后苯酚去除率可达100％；公开号：CN103331181A公开了一种具有磁性的核壳式类Fenton催化剂及其制备方法和应用，研究发现该催化剂可以有效活化H₂O₂去除苯酚，反应1h后苯酚去除率可达90％。尽管上述催化剂能有效活化氧化剂实现对含酚废水的降解，但仍然存在催化效率低、催化剂制备复杂等弊端，难以应用于实际含酚废水的治理。

发明内容

为了解决现有用于治理含酚废水的高级氧化技术中催化剂存在的催化效率低、pH适应范围窄及催化剂制备复杂等不足，本发明提供了一种较为简便的高分散性三维多孔碳基金属催化剂的制备方法及应用，使用金属酞菁作为催化活性中心，通过调节活性物质用量和煅烧温度，得到高分散的、均一规整的三维多孔碳基金属催化剂，并发现该三维多孔碳基金属催化剂能高效活化双氧水、过氧化碳酸盐、过硫酸盐及过硫酸氢盐等氧化剂产生活性氧种，实现了对含酚废水体中有机污染物的彻底降解，绿色环保对水体环境无污染，操作简单，可控性强，成本投入低，为高效处理含酚废水提供了新思路，具有极大的实际应用前景。

一种高分散性三维多孔碳基金属催化剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)将金属酞菁与碳凝胶前驱体以质量比0.1-3:10的比例分散于无水乙醇溶液中并超声30min，然后25℃水浴震荡反应24h，离心、洗涤、烘干，得到负载均匀的催化剂前驱体；

2)将步骤(1)得到的催化剂前驱体转移至瓷方舟中，在氩气保护条件下在管式炉中热解煅烧至300-800℃并保温2h，自然冷却至室温，得到高分散性三维多孔碳基金属催化剂。