[发明专利]一种包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂及其制备方法和应用，其制备方法主要通过水热结晶法得到含铁的硅骨架晶体，经焙烧去除模板得到中空含铁硅骨架，而后浸渍负载铜后经二次水热结晶和焙烧得到包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂，制备工艺简单；催化剂呈现中空大空腔及周围多个空心小囊泡的结构，具有高比表面积和丰富介孔，有利于催化传质和金属氧化物颗粒的分散；同时多个囊泡空腔内包覆的铁铜双金属氧化物之间存在强相互作用而具备高活性，能够高温下抗烧结且多次利用后超低浸出，从而活化过硫酸盐产生大量单线态氧等活性物质降解各类毒害有机污染物，可稳定高效地去除水体内各类有机污染物。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芬顿氧化技术作为一种高效降解有机污染物的水处理工艺，已经得到广泛应用。相比传统均相芬顿反应，多相芬顿反应具有pH响应范围宽、不产生铁泥、易于固液分离等优势，但是多相芬顿催化剂往往存在界面传质效率低、活性金属催化位点暴露少、活性金属因浸出而失活等不足。为解决上述技术问题，通常将活性金属负载在多孔材料上，而沸石凭借其丰富的孔道类型、强吸附性能、物理化学稳定性好受到广泛关注，现有公开的相关专利如下：

对比公开专利一：高稳定性有序介孔碳负载芬顿催化剂及其制备方法和应用（专利公开号CN201610670364.X）。该专利将有序介孔碳经过湿式氧化处理，随后洗涤、干燥后在硝酸铁溶液中浸渍，所得材料洗涤改造后在碱溶液中水热，即可得到有序介孔碳负载α-FeOOH芬顿催化剂。该材料具有较大比表面积，有较好的吸附效果，但活性位点少且分布不均匀，催化过程中金属易损失而活性下降，从而不利于循环使用且污染水体。

对比公开专利二：一种用于类芬顿处理的分子筛催化剂制备方法（专利公开号CN201711306199.0）。该专利以过渡金属Cu、Fe、Mn等作为催化剂活性组分，以商品分子筛为原料，采用多种改性将活性组分分散于催化剂上而得到目标催化剂。通过在分子筛上负载了多种活性金属，且降低负载量来使得金属分布更为均匀且得到较小的颗粒来增加接触位点，但活性金属直接暴露易在催化过程中溶出而活性降低，不利于循环使用。

对比公开专利三：一种基于Fe-Beta分子筛的非均相芬顿催化剂处理染料废水的方法（专利公开号CN201711439139.6）。该专利使用硝酸对Beta分子筛进行脱铝并一固态离子交换的方式将Fe固定在脱铝的分子筛中，从而得到目标催化剂。通过在芬顿中引入沸石的多孔稳定结构，达到了多次循环使用的目的，但该沸石结构以微孔为主，孔道狭窄细长，不利于物质传质和活性位点的暴露；同时，活性金属往往易负载在沸石表面，易损失而活性下降。

因此，亟需开发新型包覆活性金属的介孔沸石，从而得到传质快、浸出低、活性高，且能够多次循环使用的非均相芬顿催化材料。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂及其制备方法和应用。本发明通过两次水热合成法合成了包覆氧化铁、氧化铜双金属氧化物的具有中空囊泡结构的介孔型硅铝酸盐分子筛催化剂，该催化材料其特征呈现为多个空心小囊泡组成的中空球体，具有高比表面积和丰富的介孔结构，通过介孔传质、空腔富集作用以及双金属氧化物之间的强相互作用促进电子传递，从而有效活化过硫酸氢盐产生单线态氧为主的各类活性物质降解各类有机污染物，催化效率高。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种包覆活性双金属氧化物的中空囊泡型介孔分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在搅拌条件下，向有机模板中加入铁源和硅源，通过水热结晶法得到含铁实心硅骨架；

S2、将步骤S1制备的含铁实心硅骨架经焙烧去除模板，得到中空含铁硅骨架；

S3、将步骤S2制备的中空含铁硅骨架通过浸渍法负载铜，得到负载铜的中空含铁硅骨架；