[发明专利]一种高岭石负载针铁矿复合催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种针铁矿/高岭石复合催化材料及其制备方法与应用，该材料属于非金属矿物功能材料，主要是通过活化过硫酸盐应用于催化降解抗生素废水。所述制备方法包括：将天然高岭石矿物与水混合均匀分散后，同时按照预设的针铁矿负载量，提前将FeCl₃·6H₂O与含高岭石矿物溶液混合均匀，通过逐滴滴加NaOH反应生成沉淀，在天然高岭石矿物表面均匀负载；然后将反应悬浮液进行水热反应；最后对水热产物进行离心、洗涤、干燥和解离，得到针铁矿/高岭石复合材料。本发明的有益效果如下：(1)所用材料主体为天然高岭石，储量丰富、绿色无污染且化学稳定性好；(2)制备方法采取简单的一步水热法，成本低廉，铁基催化材料均匀分散于天然高岭石表面，无需后续分散处理；(3)通过引入高岭石矿物，针铁矿有效分散于矿物表面，可改善团聚问题，且复合材料比表面积显著增大，同时活化降解性能得到明显提升。

技术领域

本发明涉及一种高岭石负载针铁矿复合催化材料及其制备方法与应用，采用简单水热法使针铁矿成功合成并负载于天然片状高岭石表面，得到针铁矿/高岭石复合催化材料，适用于过硫酸盐活化材料及含抗生素废水处理领域。

背景技术

抗生素作为典型的药品及个人护理品(PPCPs)，通常应用于医药产业、畜牧业以及水产养殖业等，不恰当处理往往会导致其通过各种途径流入地表水及地下水，对社会公共健康及水环境造成严重危害。尤其因其生物难降解性，抗生素造成的水污染会不断增加细菌抗药性，对微生物食物网以及其他生物体和生态系统健康都存在潜在影响。目前，抗生素废水的治理方法以生物处理法、物理分离法和化学氧化法为主。相比较而言，物理法中吸附剂的再生及后续处理成本较高；膜分离法去除效率高，但容易造成膜污染，且浓缩液需要进一步处理；生物法中生物反应器与传统生物法相比，可极大提高污染物去除效率，但面临周期长、装置复杂的问题。而化学氧化法中，基于硫酸根自由基的高级氧化法，具有污染物去除效率高、简单、无二次污染等优点，可极大提高抗生素污染物的去除效率。

目前，基于硫酸根自由基的高级氧化技术因其较高的氧化电位和较长的半衰期受到国内外学者的广泛关注，过硫酸盐可通过外部能量输入、碳材料、过渡金属等方式进行活化，利用其较强的氧化性实现难处理有机污染物的高效降解。其中，铁及其氧化物是研究最多的过渡金属基活化材料，不需要外部能量的输入，且活化效率较高，展现出良好的应用潜力。相比于其他过渡金属而言，Fe具有环境友好、无毒无害、成本效益高等优点。然而，金属活化材料实际应用时往往存在金属离子浸出、易对水体造成二次污染、应用成本较高、难以回收利用等问题。

高岭石矿物因其来源丰富、成本低廉、具有较强的吸附能力、良好的热稳定性与化学稳定性，是一种理想的吸附材料和载体材料，近年来也广泛应用于过硫酸盐活化材料。引入矿物载体可促进复合材料比表面积增大、羟基数量增加，且具备更短的硫酸根自由基迁移距离和更丰富的反应位点，是难处理废水净化领域的一条绿色道路。

发明内容

本发明的技术方案为：首先将天然高岭石添加适量水进行超声分散，同时按照预设的针铁矿负载量，提前将FeCl₃·6H₂O与含矿物溶液混合均匀，通过逐滴滴加NaOH反应生成沉淀，在天然高岭石矿物表面均匀负载，溶液调节到pH＝10即可；然后将反应悬浮液进行水热反应；最后对水热产物进行离心、洗涤、干燥和解离，得到针铁矿/高岭石复合材料。

所制备针铁矿/高岭石复合材料的制备工艺步骤如下：

(1)称取一定量天然高岭石，按照设定的针铁矿负载量以及调节反应环境pH为10时所需消耗的NaOH比例进行计算，准确称取相应质量的FeCl₃·6H₂O、NaOH和天然高岭石；

(2)分别称取定量去离子水与天然高岭石超声混合制备成矿浆，随即加入称量好的FeCl₃·6H₂O颗粒进行搅拌溶解；