[发明专利]一种碳基非均相催化剂及制备方法、污染物降解方法

说明书

本发明公开了一种碳基非均相催化剂及制备方法、污染物降解方法，属于非均相催化剂技术领域，解决了现有技术中高分散、高活性碳基催化剂的制备困难的问题。本发明的碳基非均相催化剂采用豆类植物种子在金属离子溶液生长得到生物质，生物质炭化反应制得。本发明的降解方法为：将碳基非均相催化剂、有机污染物水溶液和氧化剂混合、搅拌反应，使得有机污染物水溶液中的有机污染物被降解。本发明的碳基非均相催化剂及制备方法、污染物降解方法可用于有机污染物降解。

技术领域

本发明属于非均相催化剂技术领域，具体涉及一种碳基非均相催化剂及制备方法、污染物降解方法。

背景技术

工业废水和城市废水中含有大量的有机污染物，有机污染物由于具有难降解、毒性大等特点对生态环境和人类健康造成重大危害。高级氧化技术能够有效降解废水中有机污染物，高级氧化主要是通过二价铁离子与过氧化氢反应产生强氧化羟基自由基，用于氧化降解有机污染物分子。均相高级氧化存在操作pH范围窄、催化剂难以回收、产生大量铁泥等问题，非均相高级氧化是目前高级氧化技术的研究热点，技术关键在于开发高效非均相催化剂。

催化剂开发主要是通过将活性金属组分分散在多孔材料表面，增加催化活性位的利用率以提高催化效率。研究者通过浸渍法或沉淀法将金属负载到碳材料表面制备催化剂，依然存在表面活性金属均匀分散难度大、颗粒团聚等问题，并且催化剂的可控制备难度大。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种碳基非均相催化剂及制备方法、污染物降解方法，解决了现有技术中高分散、高活性碳基催化剂的制备困难的问题。

一方面，本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种碳基非均相催化剂，采用豆类植物种子在金属离子溶液生长得到生物质，生物质炭化反应制得。

进一步地，碳基非均相催化剂的比表面积为500～1500cm³/g，碳基非均相催化剂中含有金属元素的颗粒(通常指金属氧化物、金属碳化物或单质金属颗粒)粒径为20-200nm，金属的负载量为5～10wt.％。

进一步地，豆类植物种子为黄豆、绿豆、豌豆和蚕豆中的一种或多种任意比例混合。

另一方面，本发明还提供了一种碳基非均相催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将豆类植物种子在金属离子溶液中生长发芽，得到豆芽；

步骤2：豆芽采用去离子水清洗后，进行冷冻干燥；

步骤3：将冷冻干燥后的豆芽在还原性气氛或惰性气氛下进行炭化反应，得到反应产物；

步骤4：将反应产物依次进行研磨、清洗和真空干燥，得到碳基非均相催化剂。

进一步地，还原性气氛为氢气和/或一氧化碳。

进一步地，惰性气氛为氮气和/或氩气。

进一步地，上述步骤1中，金属离子包括Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Mn²⁺和 Co²⁺中的一种或多种任意比例混合。

进一步地，上述金属离子溶液中金属离子浓度为20～200mg/L。

进一步地，上述步骤2中，冷冻干燥的温度为10～60℃，冷冻干燥的时间为8～50小时。

进一步地，上述步骤3中，炭化反应温度为500～800℃，炭化反应的升温速率为2～10℃/min；

进一步地，上述步骤4中，研磨后的反应产物的颗粒粒径为0.1～0.18mm。