[发明专利]一种淀粉样纤维氢氧化铁非均相Fenton催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种淀粉样纤维氢氧化铁非均相Fenton催化剂及其制备方法和应用，涉及污水处理领域。该制备方法包括：将β‑乳球蛋白溶解到水中，得到质量分数为2～5％的蛋白溶液，调节蛋白溶液的pH至2.0～4.0后，将其置于80～100℃水浴中反应5～10h，得到蛋白纤维溶液；将三价铁盐溶解于蛋白纤维溶液中，调节pH至2.0～7.0后，即得到淀粉样纤维氢氧化铁非均相Fenton催化剂。本发明以β‑乳球蛋白作助催化剂，原位负载氢氧化铁，得到非均相复合催化剂。该催化剂可在酸性、特别是中性条件下高效降解有机污染物，且不产生铁泥，是一种具有良好潜在应用前景的实用型催化剂。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种淀粉样纤维氢氧化铁非均相Fenton催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

难降解有机废水的处理一直是环境科学与技术领域的研究热点。这些有机污染物及其代谢产物不仅具有毒性而且大多具有持久性和顽固性，利用传统物理化学手段或生物降解等水处理技术难以将其有效去除。近年来，以产生强氧化性自由基为主体的高级氧化水处理技术得到较快发展。非均相Fenton催化氧化是一种极具代表性的高级氧化技术，其反应过程中产生的羟基自由基(·OH)等活性氧物种可以无选择性地攻击有机污染物，将有机大分子逐步分解为小分子物质，从而达到高效去除废水中有毒有害污染物的目的。

非均相Fenton催化剂的发展目的在于克服常规Fenton反应产生铁泥、pH响应范围窄(pH～3)以及无法实现活性组分与反应溶液分离等问题。在非均相Fenton催化剂中，铁氧化物因其含量丰富、成本低廉、环境友好等特性，日益受到关注，但从实际应用的观点来看，非均相Fenton活性较低，具体而言，非均相催化剂核心是在固液界面上Fe(II)与双氧水反应形成·OH，进而攻击污染物，实现污染物降解，相应的界面Fe(II)转化为Fe(III)(如公式1)；但是Fe(III)向Fe(II)转化速率慢，效率不高，难以持续产生活性物种(公式2-3)，此外，在中性或碱性条件下，·OH易于发生淬灭，从而导致活性缺失。

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH，k₁＝40～80L mol^-1s^-1 (1)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+H⁺+·O₂H，k₂＝9.1×10^-7L mol^-1s^-1 (2)

Fe³⁺+·O₂H→Fe²⁺+H⁺+O₂，k₃＝0.33～2.1×10⁶L mol^-1s^-1 (3)

近年来，研究发现，类似聚乙烯醇、柠檬酸等物质掺杂，能够显著提高Fe(III)/Fe(II)的转化速率，具有助催化特性，是解决问题的重要技术手段之一，但从根本上讲，该类物质具有环境不友好，易于产生二次污染，产生以·OH为主，在中性条件下活性低等众多问题，大大限制其推广应用，此外，对于大部分Fe(III)/Fe(II)界面而言，颗粒分散性差，活性物种产生仅能依靠表面Fe构筑，氢氧化铁利用率不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淀粉样纤维氢氧化铁非均相Fenton催化剂及其制备方法和应用，这种非均相Fenton催化剂是以氢氧化铁作催化剂，β-乳球蛋白作为担载层起到助催化作用，其在催化反应过程中无铁离子析出，不产生铁泥。将其应用于污水处理中，有机污染物的降解率可高达94％以上。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：