催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术是关于一种催化剂及其制备方法和应用，其中，催化剂包括载体和活性组分，其中所述的载体包括MIL‑101，所述的活性组分包括Fe

Catalysts and their preparation methods and Applications

The present invention relates to a catalyst and preparation method and application thereof, wherein the catalyst comprises a carrier and an active ingredient, wherein the carrier comprises 101 MIL, the active components including Fe

【技术实现步骤摘要】
催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及含苯酚废水处理
中非均相Fenton催化剂的制备及应用，尤其是涉及一种双金属Fe-Cu负载型金属有机骨架类Fenton催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
化工，制药，石油等行业在生产过程中，会产生多种具有致癌、致畸等潜在毒性的有害物质，这些物质不仅会污染空气、土壤和水体，而且会对人类和其他生物体构成严重危害。含有酚类的工业废水是其中一类重要的水污染物。现有的消除这种有机废水的技术包括生物降解法、活性炭吸附法、光催化降解法以及电化学氧化法，但是，由于受到废水浓度、体积以及运行成本的限制，这些方法并没有在工业上广泛应用。以强氧化性自由基(主要是·OH)为氧化剂的高级氧化技术(AOPs)对于酚类废水具有显著的处理效果，近年来受到了研究者的广泛关注。Fenton氧化技术是高级氧化技术中的主要方法之一，它主要是利用H2O2与Fe(II)/Fe(III)离子反应产生氧化性很强的·OH自由基来达到氧化分解有机物的目的，由于其具有反应条件温和(常压和室温)、易于操作、反应物易得、无需复杂设备且成本低廉等优点，因而被认为是处理有机废水最经济的选择。但传统的Fenton系统存在一些缺点，如适用的pH较窄，反应过程中会产生铁泥造成“二次污染”，需进一步分离和处理。近年来，将Fe2+等金属离子固定化的非均相Fenton体系因具有良好的催化氧化效率，并能有效克服均相体系的缺陷而备受关注，非均相Fenton反应过程如下：S-Fe2++H2O2→S-Fe3++OH-+HO·(1)S-Fe3++H2O2→S-Fe2++HO2·+H+(2)其中S代表催化剂的表面。其中，铁-铜双金属非均相Fenton催化剂体系越来越受到关注。有报道指出MCM-41分子筛负载的铁-铜双金属催化剂比Cu或Fe单金属负载的催化剂显示更高的催化活性；MIL-101是法国Ferey机构合成和报道的新型MOFs材料。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种催化剂及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是，提供一种可重复使用的、催化效率高的、可大规模应用的新型催化剂，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种催化剂，所述的催化剂包括载体和活性组分，其中所述的载体包括MIL-101，所述的活性组分包括Fe3+、Fe2+、Cu2+。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的一种催化剂，其中所述的载体为MIL-101(Cr)。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种催化剂的制备方法，根据前述任一项所述的催化剂，其制备方法包括，将所述的载体置于铁盐与铜盐的混合溶液中，反应，将反应得到的产物进行干燥、焙烧，即得到所述的催化剂，其中，所述的铁盐为三价铁盐与二价铁盐的混合物，铜盐为二价铜盐，所述混合溶液中二价、三价铁盐以及二价铜盐混合物的质量分数为2-5％。需要说明的是，此处的“二价、三价铁盐以及二价铜盐混合物”是指二价铁盐类化合物、三价铁盐类化合物和二价铜盐类化合物组成的混合物，这三种化合物的质量之和占溶液质量的2-5％。将混合溶液中“二价铁盐、三价铁盐与二价铜盐组成的混合物定义为溶质组分”，则载体与溶质组分的质量之比为5∶0.2-0.5。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的一种催化剂的制备方法，其中所述的混合溶液中，铁离子与铜离子的摩尔比为2∶1-6∶1，需要说明的是，此处的铁离子包括三价铁离子和二价铁离子。优选的，前述的一种催化剂的制备方法，其中所述的混合溶液中，Fe2+与Fe3+的摩尔比为9∶1-15∶1。优选的，前述的一种催化剂的制备方法，其中所述的二价铁盐为FeSO4·7H2O，所述的三价铁盐为FeCl3·6H2O和/或Fe(NO3)3·9H2O；或者，所述的铜盐为CuSO4·5H2O、CuCl2或Cu(NO3)2·3H2O中的一种或几种。优选的，前述的一种催化剂的制备方法，其中所述的反应在水浴条件下进行，水浴条件的温度为60-80℃，反应时间为3-6h；或者，所述干燥为真空条件干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为4h；或者，所述的焙烧在氮气气氛下进行，焙烧温度为250-300℃，焙烧时间为2-5h。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种催化剂的应用，根据前述中任一项所述的催化剂，所述的催化剂用于废水处理，所述的废水中含有有机酚类化合物。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的一种催化剂的应用，将所述的催化剂与双氧水投入到废水中，进行废水处理，其中，所述废水中有机酚类化合物的浓度为100-1000mg/L；或者，所述的催化剂的投入量为0.1-1.5g/L；或者，所述的双氧水的投入量为2-50mmol/L。优选的，前述的一种催化剂的应用，其中所述废水处理的温度为20-30℃；所述的废水的pH值为3-5；所述废水处理的时间为10-60min。借由上述技术方案，本专利技术提供的一种催化剂及其制备方法和应用，至少具有下列优点：1、本专利技术提供了一种新型催化剂。本专利技术以MIL-101(优选为MIL-101(Cr))为载体，将Fe-Cu双金属负载在载体上，制备得到了一种新型催化剂。本专利技术提供的新型催化剂具有载体孔道均一有序、催化活性高、稳定性好、使用pH范围宽等优点。传统的类Fenton试剂，仅负载Fe离子，而本专利技术中添加了Cu2+。Cu2+主要通过与HO2·/O2·-反应生成Cu+，Cu+一方面能和H2O2反应生成·OH，另一方面能将Fe3+还原成Fe2+，提高了·OH的生成效率。同时，由于载体具有较大的比表面积，增大了金属离子与废液的接触面积，进而提高了催化效率。本专利技术提供的催化剂同时包括铁离子和铜离子，两种离子相互作用，提高了催化剂中活性组分的催化稳定性，进而提高了催化剂的使用范围。本专利技术提供的催化剂可以在酸性或中性条件下稳定的发挥催化作用。2、本专利技术提供的催化剂对有机酚类化合物具有很高的降解率和降解效率。本专利技术提供的催化剂对有机酚类化合物的降解率均在90％以上，且，在较短的时间内即可完成降解(反应时间小于或等于60min)，可见，本专利技术提供的催化剂对有机酚类化合物同样具有很高的降解效率。3、本专利技术提供了一种催化剂的制备方法。该方法工艺简单，且成本较低，适于大规模工业化生产。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术实施例制备得到的催化剂的扫描电镜图。图2是采用本专利技术实施例制备得到的催化剂进行苯酚处理的循环次数。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种催化剂及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。本专利技术提供了一种新型催化剂。本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂，其特征在于：所述的催化剂包括载体和活性组分，其中所述的载体包括MIL‑101，所述的活性组分包括Fe

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于：所述的催化剂包括载体和活性组分，其中所述的载体包括MIL-101，所述的活性组分包括Fe3+、Fe2+、Cu2+。2.根据权利要求1所述的一种催化剂，其特征在于：所述的载体为MIL-101(Cr)。3.一种催化剂的制备方法，其特征在于：根据权利要求1或2中任一项所述的催化剂，其制备方法包括，将所述的载体置于铁盐与铜盐的混合溶液中，反应，将反应得到的产物进行干燥、焙烧，即得到所述的催化剂，其中，所述的铁盐为三价铁盐与二价铁盐的混合物，铜盐为二价铜盐，所述混合溶液中二价、三价铁盐以及二价铜盐混合物的质量分数为2-5％。4.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中，铁离子与铜离子的摩尔比为2∶1-6∶1。5.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中，Fe2+与Fe3+的摩尔比为9∶1-15∶1。6.根据权利要求3所述的一种催化剂的制备方法，其特征在于：所述的二价铁盐为FeSO4·7H2O，所述的三价铁盐为FeCl3·6H2O和/或Fe(NO3)3·...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彦霞，赵春林，梁海龙，陈鑫，唐婕，胡利明，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11