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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术通过双金属络合

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于环境污染治理
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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(Fe
2+
、Cu
2+
、Co
2+
和Mn
2+
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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]本专利技术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：
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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)。
[0014]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)。
[0015]优选的，所述水浴加热的温度为80～99℃；所述水浴加热的时间为8～10h。
[0016]优选的，所述无氧煅烧的温度为350～600℃。
[0017]优选的，所述无氧煅烧的时间为2～4h。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的生物炭负载双金属复合催化材料，包括生物炭及附着在所述生物炭的表面和孔隙内的尖晶石型铁铜氧体。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述生物炭负载双金属复合催化材料作为催化剂在活化过硫酸盐类氧化剂中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种生物炭负载双金属复合催化材料的制备方法，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。本专利技术通过双金属络合
‑
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。本专利技术采用的经热解后的生物炭具有多孔结构、更大的比表面积和良好的结构稳定性，可以使更多的尖晶石型铁铜氧体均匀附着在生物炭的表面和孔隙内，生物炭结构与尖晶石型铁铜氧体颗粒间的相互作用导致铜铁氧体磁性的减弱从而降低尖晶石型铁铜氧体的团聚性；同时尖晶石均匀分散于生物炭上使得更多的活性位点得以暴露，提高生物炭负载双金属复合催化材料的催化活性，还可以减少铜、铁金属有效成分的溶出，从而提高生物炭负载双金属复合催化材料的稳定性和重复利用性能。实施例结果表明，本专利技术制备的生物炭负载双金属复合催化材料在活化过硫酸盐类氧化剂降解TBBPA中有良好的效果，初次使用时，TBBPA的降解率达到90％以上，在重复使用5次后，TBBPA的降解率仍能达到69％以上，具有良好稳定性和循环利用性能；本专利技术制备的生物炭负载双金属复合催化材料在不同的水质条件下(如自来水、生活污水和工业废水)在活化过硫酸盐类氧化剂降解TBBPA中具有良好的效果；而且本专利技术制备的生物炭负载双金属复合催化材料具有更少的金属溶出量，铁离子的溶出浓度<0.07mg/L，铜离子的溶出浓度<4.4mg/L。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的生物炭负载双金属复合催化材料、实施例1制备的生物炭、对比例2制备的Fe
x
O
y
@BC和对比例3制备的Cu
x
O
y
@BC的XRD谱图；
[0022]图2为实施例1～5制备的生物炭负载双金属复合催化材料的XRD谱图；
[0023]图3为实施例1～5制备的生物炭负载双金属复合催化材料、实施例1制备的生物
炭、对比例2制备的Fe
x
O
y
@BC和对比例3制备的Cu
x
O
y
@BC的扫描电镜图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种生物炭负载双金属复合催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]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；
[0026]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；
[0027]将所述凝胶状产物进行无氧煅烧，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘研萍，李绪静，杨晓进，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：