[发明专利]一种铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂和制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂，其结构为，铁黄填充在碳化木的孔隙中；其中，碳化木是亲水的。本发明还涉及上述铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂的制备方法和应用。其有益效果在于：(1)设计合成了一种新型木材衍生的铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂，其中，铁黄为纳米尺寸，在碳化木的孔隙中显示了良好的负载及分散性，暴露了更多的铁黄催化位点，从而显示了较好的芬顿催化活性；(2)木材碳化后微观结构不变，仍可以保持较好的机械强度，可根据需要进行裁剪，具有方便加工的特性，可以制成铁黄/碳化膜，用于流动污水处理；(3)本发明所采用的原料廉价、简单易得，制备过程简便。

技术领域

本发明涉及芬顿催化剂领域，特别地涉及一种铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂和制备方法及其应用。

背景技术

1894年Henry J.Fenton报道了Fe²⁺能够活化H₂O₂氧化降解酒石酸，开启了芬顿化学的大门。Fe²⁺和H₂O₂的组合称为芬顿试剂，Fe²⁺与H₂O₂组合的反应称为芬顿反应。1964年，加拿大学者Eisenhaner首次将芬顿反应应用到水处理中。芬顿降解污染物的机理为：Fe²⁺被H₂O₂氧化成Fe³⁺，在这个过程中就会产生具有强氧化性的羟基自由基，生成的羟基自由基可以把有机物氧化，达到降解有机物的目的。在上述过程中伴随着生成Fe³⁺，由于过氧化氢的存在，Fe³⁺可以再重新被还原成Fe²⁺。传统均相Fenton法具有反应快，易操作，成本低等优点，但同时也存在反应条件严苛(pH≈3)、催化剂难回收及反应后产生铁泥等问题，制约着芬顿氧化技术的广泛应用。鉴于传统芬顿处理技术在实际应用中的这些缺点，非均相类芬顿技术可以解决均相芬顿技术存在的上述问题，受到越来越多的关注。过渡金属氧化物都可以作为多相催化剂来活化H₂O₂。由于低成本、低毒性和良好的活性，铁基材料如羟基氧化铁、氧化铁或铁的复合氧化物作为芬顿催化剂被广泛研究。Fe²⁺/H₂O₂类AOPs主要过程如下方程式所示：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH (1)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·O₂H+H⁺ (2)

Fe³⁺+·O₂H→Fe²⁺+O₂+H⁺ (3)

然而，通过表面改性、形貌控制或固定在适当的载体上，这些材料的催化性能仍有很大的提高空间。因此，合理设计催化剂的形貌结构是实现高催化活性的一个有效策略。除了高效外，低成本、方便回收利用也是非常重要的，在实际工业应用中不可忽视。木材作为一种资源丰富、使用方便的材料，最近受到广泛关注。受木材的启发，具有开放的细长微通道的三维分层多孔结构材料是一种理想的多孔载体，它可容纳较多活性组分，制成块状催化剂，实现废水处理的快速、方便回收。

因此，亟需找到一种技术方案，来实现上述构想。

发明内容

本发明设计合成了木材衍生的块状的铁黄/碳化膜作为新型芬顿催化剂，用于构成处理流动污水的过滤装置的核心部分。

本发明的一个目的在于提供一种铁黄/碳化木复合膜芬顿催化剂，通过以下技术方案得以实现：