[发明专利]一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用，涉及水处理技术领域。本发明公开的氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法包括如下步骤：首先，环糊精和铜源进行反应，反应后得到固体产物，然后将尿素加入固体产物悬浮液中进行反应，反应结束后，将反应产物进行烘干、焙烧，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。所述氮掺杂类芬顿催化剂对水中的有机污染物具有良好的降解效果，并且所述催化剂的稳定性较好，可重复使用，对过氧化氢的消耗量也很小，适于广泛应用。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

淡水资源对于包括人类物种在内的所有生物的生存至关重要。但是，随着工业的迅速发展，染料、农药和其他有机污染物造成的水污染日益严重，极大地威胁着环境和人类健康。因此，迫切需要有效去除有机污染物。

幸运的是，已经开发了许多有效的处理方法来去除废水中的有机污染物，如物理吸附、生物降解和膜分离。在这些处理中，先进的氧化工艺(AOPS)被认为是一种通过羟基自由基(·OH)分解有机染料来处理废水污染的有力技术。芬顿工艺作为一种先进的氧化工艺，在工业废水处理中得到了广泛的应用。然而，经典的Fenton过程，包括污染物降解的均相和非均相反应，在中性条件下效率低，活性低，以及H₂O₂的消耗大，这些问题主要是由电子转移速度的限制和H₂O₂的无效分解引起的。因此，在中性pH条件下，探索和开发一种高效的Fenton类催化剂在现阶段引起了人们的广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种适用范围广、使用过程中不产生二次污染、H₂O₂无效分解率低的氮掺杂类芬顿催化剂及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种氮掺杂类芬顿催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将环糊精和铜源分散到溶剂中，搅拌，得到悬浊液A；

(2)待步骤(1)完成后，向悬浊液A中加入尿素，搅拌、蒸干，得到固体产物A；

(3)待步骤(2)完成后，将固体产物A烘干，研磨均匀，得到固体产物B；

(4)待步骤(3)完成后，将固体产物B进行焙烧，冷却、洗涤、干燥后，得到所述氮掺杂类芬顿催化剂。

优选地，所述步骤(1)中，铜源为氯化铜、硝酸铜、醋酸铜和硫酸铜中的至少一种，铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为(0.2-5)：1，溶剂为甲醇或乙醇。

优选地，所述步骤(1)中，铜源中铜离子与环糊精的摩尔比为2:1。本发明申请人通过多次实验验证，以该配比制备出来的氮掺杂类芬顿催化剂在对水中的有机污染物进行处理的过程中具有最佳降解效果。

优选地，相对于50-100mL溶剂，尿素的添加量为1-15g。

优选地，相对于60mL溶剂，尿素的添加量为8g。

优选地，所述步骤(2)中，蒸干温度为60-90℃。

优选地，所述步骤(3)中，烘干温度为50-80℃，烘干时间为8-24h。

优选地，所述步骤(3)中，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。

优选地，所述步骤(4)中，在惰性气体或氮气下对固体产物B进行焙烧，焙烧分为两段，第一段：焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为1-5h，第二段：焙烧温度为600-1000℃，焙烧时间为1-5h，焙烧升温速率为5℃。