一种快速降解水中有机污染物的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速降解水中有机污染物的方法，利用高活性、高稳定性的芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂，在双氧水和可见光条件下，光催化-芬顿催化相互作用快速降解水中有机污染物，操作简单，催化剂活性高且循环性能好解决了现有技术中存在的催化剂活性和稳定差，产生二次污染的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种快速降解水中有机污染物的方法

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[0001]本专利技术涉环境治理领域，具体涉及一种快速降解水中有机污染物的方法。

技术介绍
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[0002]随着化学工业的快速发展和世界人口的持续增长，能源短缺和环境污染的问题越来越严 重，大量的有害废水不断排入自然界，引起生态环境的日益恶化，严重威胁人类生存环境和 身体健康。研究表明，芬顿氧化法因为能够产生具有强氧化性的羟基自由基，可用于快速降 解有机物，但是该方法需要持续的补充芬顿试剂且会产生大量氢氧化铁沉淀造成二次污染， 又限制了它的实际应用。有机污染物处理的另一种技术是光催化氧化，而且该方法具有能耗 低、反应条件温和、操作简单、无二次污染、可直接利用太阳能等优势。在光催化氧化技术 的研究中，其热点材料是二氧化钛，包括二氧化钛粉末，二氧化钛纳米线，二氧化钛纳米管 等。由于二氧化钛的宽带隙，使得它只能相应紫外光，而紫外光仅占太阳能的5％左右。研究 表明，二氧化钛和贵金属的复合可以将材料的光响应范围扩展到可见光区域，但复合催化剂 的效率不高且成本偏高，严重制约了该方法的规模化普及和应用。

技术实现思路
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[0003]本专利技术的目的是提供一种快速降解水中有机污染物的方法，利用高活性、高稳定性的芬 顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂，在双氧水和可见光条件下，光 催化-芬顿催化相互作用快速降解水中有机污染物，操作简单，催化剂活性高且循环性能好解 决了现有技术中存在的催化剂活性和稳定差，产生二次污染的问题。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0005]一种快速降解水中有机污染物的方法，以芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域 活性组元催化剂为催化剂，在双氧水和可见光条件下，将水中有机污染物氧化为二氧化碳和 水；该方法包括以下步骤：先将芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化 剂加入到含有有机污染物的废水中，待催化剂对所述有机污染物的吸附脱附达到平衡，然后 加入双氧水，在双氧水和可见光条件下进行降解反应；所述水中有机污染物选自甲基橙、亚 甲基蓝、罗丹明B、苯酚中的一种或两种以上；所述有机污染物的浓度为不大于1000ppm； 所述芬顿或类芬顿材料为Fe2O3、MnO2、CeO2中的一种或两种以上；所述活性组元选自贵金 属、金属氧化物、贵金属与金属氧化物中的一种或两种以上混合，所述贵金属为Pt、Pd、Au 或Ru中的一种或两种以上；金属氧化物选自Bi2O3、BiOCl、ZnO、MnO2、ZnO中的一种 或两种以上；所述芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂的制备方法 如下：
[0006]1)将含有活性组元的的前驱体溶液以逐滴滴加的方式和二氧化钛纳米管混合，搅拌5
ꢀ-
30min后，在真空度-0.03～-0.1Mpa条件下，采用超声或搅拌辅助法将活性组元内嵌入二氧化 钛纳米管中，然后洗涤过滤放入烘箱中于60℃下干燥12小时，转移至马弗炉中在
200-350℃ 下焙烧，得到二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂；
[0007]2)将含有芬顿或类芬顿材料的的前驱体溶液与步骤1)得到的二氧化钛纳米管限域活性 组分催化剂混合，调节pH至7-8并搅拌12-24小时后进行负压抽滤，所得固体水洗之后放入 烘箱中于60℃下干燥12小时，转移至马弗炉中在250℃下焙烧，得到芬顿或类芬顿材料修饰 的纳米管限域活性组元催化剂。
[0008]优选地，以Fe2O3修饰的二氧化钛纳米管限域Bi2O3为催化剂，在双氧水和可见光条件下， 进行有机物甲基橙的催化氧化降解反应，可使得90-95％的有机物甲基橙氧化为二氧化碳和 水。
[0009]优选地，以Fe2O3修饰的二氧化钛纳米管限域Pd为催化剂，在双氧水和可见光条件下， 进行有机物甲基橙的催化氧化降解反应，可使得90-95％的有机物甲基橙氧化为二氧化碳和 水。
[0010]本专利技术还保护芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂的制备方 法，该方法包括以下步骤：
[0011]1)将含有活性组元的的前驱体溶液以逐滴滴加的方式和二氧化钛纳米管混合，搅拌5
ꢀ-
30min后，在真空度-0.03～-0.1Mpa条件下，采用超声或搅拌辅助法将活性组元内嵌入二氧化 钛纳米管中，然后洗涤过滤放入烘箱中于60℃下干燥12小时，转移至马弗炉中在200-350℃ 下焙烧，得到二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂；
[0012]2)将含有芬顿或类芬顿材料的的前驱体溶液与步骤1)得到的二氧化钛纳米管限域活性组 分催化剂混合，调节pH至7-8并搅拌12-24小时后进行负压抽滤，所得固体水洗之后放入烘 箱中于60℃下干燥12小时，转移至马弗炉中在250℃下焙烧，得到芬顿或类芬顿材料修饰的 纳米管限域活性组元催化剂。
[0013]本专利技术的有益效果如下：
[0014]1)所述芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂利用二氧化钛纳米 管自身的孔道结构和纳微空间，将处理有机污染物的催化剂的活性组元植入到二氧化钛纳米 管孔道结构内，使得活性组元均匀地内嵌其间，随后在二氧化钛纳米管的外表面修饰一层芬 顿或类芬顿材料，采用焙烧的方法将芬顿或类芬顿材料这种吸电子材料附着在纳米管管外， 制备出具有高活性、高稳定性的芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化 剂，将其用于氧化降解水中有机污染物，既防止催化剂的制备过程中活性组元的团聚，也防 止在催化反应过程中活性组元的烧结和流失。
[0015]2)在双氧水和可见光下，所述芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催 化剂能够快速将有机物氧化为二氧化碳和水，有机物去除率高达95％以上且活性寿命长，解 决了现有技术中存在的催化剂活性和稳定差、催化剂活性组元寿命短的问题。
[0016]总之，本专利技术首次公开以芬顿或类芬顿材料修饰的纳米管限域活性组元催化剂为催化剂， 在双氧水和可见光下，可快速降解有机污染物，在双氧水和可见光条件下，所述芬顿或类芬 顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂首先利用芬顿或类芬顿材料高价态时的夺 电子特性从二氧化钛纳米管外得到电子，使纳米管内的电子向纳米管外转移以增强纳米管管 内活性组分的氧化能力，然后得到电子后所产生的低价态芬顿或类芬顿材料和双氧水反应生 成初始的高价态芬顿或类芬顿材料并产生具有强氧化性的羟基自由基，达到光催化-芬顿催化 相互作用快速降解水中有机污染物的目的。利用该体系降解
水中有机污染物具有操作简单， 催化剂活性高且循环性能好等优点，解决了现有技术中存在的催化剂活性和稳定差，催化剂 活性组元寿命短、产生二次污染的问题，在水污染治理方面有着广阔的前景。
附图说明：
[0017]图1是实施例1中所制备的氧化铁修饰的二氧化钛纳米管限域钯催化剂的理化性质表 征：其中图1a为SEM照片，图1b为TEM照片，图1c为EDS照片，图1d为XRD图，图 1e为紫外可见吸收图，图1f为BET图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速降解水中有机污染物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：先将芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂加入到含有有机污染物的废水中，待催化剂对所述有机污染物的吸附脱附达到平衡，然后加入双氧水，在双氧水和可见光条件下进行降解反应；所述水中有机污染物选自甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B、苯酚中的一种或两种以上；所述有机污染物的浓度为不大于1000ppm；所述芬顿或类芬顿材料选自Fe2O3、MnO2、CeO2中的一种或两种以上；所述活性组元选自贵金属、金属氧化物、贵金属与金属氧化物中的一种或两种以上混合，所述贵金属选自Pt、Pd、Au或Ru中的一种或两种以上；金属氧化物选自Bi2O3、BiOCl、ZnO、MnO2、ZnO中的一种或两种以上；所述芬顿或类芬顿材料修饰的二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂的制备方法如下：1)将含有活性组元的的前驱体溶液以逐滴滴加的方式和二氧化钛纳米管混合，搅拌5-30min后，在真空度-0.03～-0.1Mpa条件下，采用超声或搅拌辅助法将活性组元内嵌入二氧化钛纳米管中，然后洗涤过滤放入烘箱中于60℃下干燥12小时，转移至马弗炉中在200-350℃下焙烧，得到二氧化钛纳米管限域活性组元催化剂；2)将含有芬顿或类芬顿材料的的前驱体溶液与步骤1)得到的二氧化钛纳米管限域活性组分催化剂混合，调节pH至7-8并搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新军，彭全明，吴梁鹏，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：