[发明专利]一种生物炭负载双金属复合催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境污染治理技术领域，具体涉及一种生物炭负载双金属复合催化材料及其制备方法和应用。本发明通过双金属络合‑固化成核‑无氧煅烧法制备得到生物炭上负载尖晶石铁铜氧体CuFe₂O₄的复合催化材料，首先利用络合剂将铜源和铁源通过络合反应形成非均相络合溶液，然后通过水浴加热固化成凝胶，再通过无氧煅烧生成生物炭表面和孔隙内附着尖晶石铁铜氧体CuFe₂O₄的复合催化材料，尖晶石铁铜氧体附着在生物炭载体上可以减少金属有效成分的溶出，减弱尖晶石型铁铜氧体的磁性，从而缓解其团聚性，提高复合催化材料的催化活性、稳定性和重复利用性能。

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，具体涉及一种生物炭负载双金属复合催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)具有氧化还原电位高、反应速度快和选择性高等优势，对难降解有机化合物具有很高的降解性能。尽管过硫酸盐直接氧化工艺被证明具有一定的作用性能，例如，它可以在没有电子介质、催化剂或外部能量的情况下选择性地降解磺胺类抗生素(SAs)，可以直接攻击芳香环和酚基以实现类固醇雌激素的明显降解，但是，未经活化的过硫酸盐生成的自由基少且容易被迅速消耗，从而导致利用效率低，这就需要对过硫酸盐进行高效催化活化并使其持续不断地产生活性因子以攻击有机污染物。因此，高效活化过硫酸盐产生更多活性基团以加快和强化反应体系中有机污染成分的降解是目前SR-AOPs技术的研究热点。

目前，过硫酸盐的活化方式包括能量活化(热处理、紫外辐射和超声活化等)、碱活化和利用炭、过渡金属或过渡金属氧化物活化等。其中金属活化表现出优异的性能，研究证明有一系列过渡金属离子(Fe²⁺、Cu²⁺、Co²⁺和Mn²⁺等)均表现出一定的过硫酸盐催化能力，构成SR-AOPs均相体系，表现出金属离子在水溶液中均匀分散且无传质阻碍，高效、低成本等优点。

尽管如此，鉴于均相反应体系中金属离子溶解性大不易回收，会造成二次污染。因此越来越多人开始关注并研究非均相催化剂以激活过硫酸盐用于有机污染治理。其中，铁基金属复合氧化物因其有效成分间可形成协同作用，在过硫酸盐活化应用方面备受青睐。但是催化材料在活化过硫酸盐过程中存在金属有效成分溶出量大、磁性太强而产生团聚严重等问题，从而导致其催化活性、稳定性和重复利用性差等问题，进而限制其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物炭负载双金属复合催化材料及其制备方法和应用，本发明制备的生物炭负载双金属复合催化材料能减少金属有效成分的溶出，缓解其团聚性，提高其催化活性、稳定性和重复利用性能。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种生物炭负载双金属复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将铜源、铁源和生物炭混合，逐滴加入络合剂，进行络合反应，得到非均相络合溶液；

将所述非均相络合溶液进行水浴加热，固化得到凝胶状产物；

将所述凝胶状产物进行无氧煅烧，得到生物炭负载双金属复合催化材料。

优选的，所述铜源包括硝酸铜、硫酸铜和氯化铜中的一种或几种；所述铁源包括硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种。

优选的，所述生物炭的制备原料包括椰壳、核桃壳和松针中的一种或几种；所述络合剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸和氢氧化钠中的一种或几种。

优选的，所述铜源中铜元素和铁源中铁元素的摩尔比为(1～4):(1～4)；所述铜源和生物炭的质量比为(1～4):(1～4)。

优选的，所述铜源中铜元素和铁源中铁元素的总摩尔量和络合剂的摩尔量之比为(1～4):(1～4)。