[发明专利]Cu0

说明书

本发明公开了一种Cu⁰‑四氧化三铁@壳聚糖纳米材料的制备方法和其在废水处理中的应用。所述制备方法为：选用硝酸铜作为铜源、硝酸亚铁作为铁源，溶于超纯水后分别加入壳聚糖粉末，室温搅拌使壳聚糖充分溶解后获得壳聚糖‑铜‑铁前驱体，用针头滴入表面活性剂溶液中成球，静置固化后使用戊二醛进行交联，进行水热处理后洗净烘干，得到Cu⁰‑四氧化三铁@壳聚糖催化颗粒。本发明制备得到的Cu⁰‑四氧化三铁@壳聚糖纳米材料既能够催化氧化有机污染物，也能够催化还原有机污染物及高价态重金属污染物。

技术领域

本发明涉及一种兼具催化氧化及催化还原功能的Cu⁰-四氧化三铁@壳聚糖微球催化剂的制备方法和应用，属于废水处理技术领域。

背景技术

零价铜(ZVC)能够有效的活化分子氧、过氧化氢(H₂O₂)以及过硫酸盐(PS) 等氧化性物质产生具有强氧化的自由基，且在酸性条件下ZVC表面氧化释放的 Cu⁺也能催化H₂O₂以及PS等产生·OH。同时，ZVC又具有较强的还原能力，在无氧条件下可以还原硝基苯酚、氯酚、亚甲基蓝等污染物。此外，为了进一步强化ZVC的催化效率以及改善单一ZVI适用pH范围较窄的局限性，ZVC纳米材料及ZVC/Fe、ZVC/Al等双金属ZVC体系也应运而生，其催化效率及pH适用范围得到了显著拓展，在废水处理中的应用有了更大的可能。但是，ZVC的钝化及纳米材料的团聚问题仍需进一步改善。

壳聚糖是一种由甲壳素经脱乙酰基后的多糖产物，具有较强的可塑性和稳定性，且甲壳素在自然界广泛存在于节肢动物、环节动物、海藻、真菌等生物体中，具有资源丰富、环境友好、生物相容性好等优点，是一类良好的催化剂载体。同时，壳聚糖分子中具有丰富的-OH和-NH₂侧基，平伏键的结构使其能够与多种金属离子发生配位作用而结合。利用壳聚糖金属络合物作为前驱体可以直接成型制备镶嵌金属纳米材料的颗粒，壳聚糖一方面可以为金属材料的结晶提供成核位点，一方面还能对晶体生长起到限域作用。同时，壳聚糖也是一类典型的还原性糖，是还原性材料的良好载体，能够减缓ZVC等金属单质的氧化。

综上，选用壳聚糖-铜-铁高分子络合物前驱体，利用壳聚糖、Fe(II)、Cu(II) 之间的氧化还原作用，能够便捷地制备获得镶嵌ZVC及Fe₃O₄纳米颗粒的壳聚糖催化剂。利用壳聚糖可塑性强、稳定性好以及作为还原性糖类的优势，制备获得Cu⁰-四氧化三铁@壳聚糖纳米材料能够显著改善ZVC纳米材料易钝化且纳米催化剂易团聚、难回收的缺点。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种具有良好催化活性、分散性能及分离特性的Cu⁰-四氧化三铁@壳聚糖纳米材料，用于水中有机污染物的高效降解。

为了解决上述问题，本发明提供了一种Cu⁰-四氧化三铁@壳聚糖纳米材料的制备方法，其特征在于，选用硝酸铜作为铜源、硝酸亚铁作为铁源，溶于超纯水后分别加入壳聚糖粉末，室温搅拌使壳聚糖充分溶解后获得壳聚糖-铜-铁前驱体，用针头滴入表面活性剂溶液中成球，静置固化后使用戊二醛进行交联，进行水热处理后洗净烘干，得到Cu⁰-四氧化三铁@壳聚糖催化颗粒。

优选地，所述硝酸铜、硝酸亚铁溶于超纯水所得溶液的浓度均为 0.01～0.3mol/L；所述硝酸铜及硝酸亚铁的摩尔比为1:(2～5)；所述壳聚糖的投加量为2.0～10.0g/L。

优选地，所述室温搅拌的时间均为60～120min。

优选地，所述针头的内径为0.4～1.5mm。

优选地，所述表面活性剂溶液为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，其浓度为2～4mol/L。