一种双反应中心类芬顿催化剂及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种双反应中心类芬顿催化剂及其制备方法及其应用，该制备方法包括如下步骤：步骤S1，将有机配位剂溶于水中，加入金属前驱体，混合均匀，得到共混溶液；其中，所述金属前驱体包括异丙醇铝和无机金属盐，所述无机金属盐包括Fe盐和Co盐；步骤S2，调节所述共混溶液的pH值至小于7，并搅拌至凝胶态，得到凝胶态共混物；步骤S3，将所述凝胶态共混物进行真空干燥，并于不低于500℃进行高温处理，得到双反应中心类芬顿催化剂。反应中心类芬顿催化剂。反应中心类芬顿催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种双反应中心类芬顿催化剂及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于水处理
，尤其涉及一种双反应中心类芬顿催化剂及其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]矿冶、电镀、印染、造纸、电子制造等工业废水中，重金属与有机物共存产生的络合效应对各污染物的转化途径和去除机理存在显著影响，导致其难以通过传统化学沉淀、吸附和膜分离等手段实现有效去除。基于Fenton高级氧化技术破坏络合分子结构中配位键，同步实现有机配体的降解矿化和重金属的游离释放，是当前重金属
‑
有机络合物处理的常用策略。
[0003]为从根本上解决均相Fenton氧化反应的固有缺陷，如pH响应范围窄、活性组分难以回收、H2O2利用率低等，诸多学者尝试从电子极化理论出发，构建具有电子密集区域和电子稀缺区域的非均相高效类芬顿催化体系。例如，有研究人员利用Ti、Cu和Al三金属共晶格掺杂蒲公英状SiO2纤维球，合成了一种双反应中心类芬顿催化剂d
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TiCuAl
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SiO
2 Ns，其可以实现较宽pH范围内污水中双酚A、苯海拉明、环丙沙星、苯妥英、2
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氯酚和2,4
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二氯苯氧乙酸等有机物的氧化降解。还有文献公开，在金属掺杂基础上，通过构建阳离子
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π键进一步强化电子极化分布，合成制备了Cu
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Al2O3‑
g
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C3N4类芬顿催化剂，在该催化剂作用下，H2O2均可最大程度地用于降解双酚A、罗丹明B、亚甲基蓝、2,4
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二氯苯氧乙酸和苯妥英等不同有机污染物。然而，现有研究大多围绕金属Cu构建唯一富电子反应中心和单个或多个缺电子反应中心，且催化降解对象均为芳烃类有机污染物。
[0004]从理论上讲，芳烃类污染物供电子能力较强，易与缺电子反应中心结合，但对于供电子能力较弱的其他类型污染物而言，其与缺电子反应中心结合效率相对较低，此时若提供更多的富电子反应中心，则有助于促进H2O2生成
·
OH，强化对此类污染物的氧化降解。由于不同富电子中心条件下，
·
OH自由基形成能力具有明显差异。因此，如何筛选并构建含有多个富电子反应中心的高效类芬顿催化体系，以满足重金属络合物这一典型特征污染物的破络去除仍需深入探索。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种双反应中心类芬顿催化剂及其制备方法及其应用，克服了传统均相Fenton氧化反应pH响应范围窄、活性组分难以回收、H2O2利用率低等固有缺陷。
[0006]对此，本专利技术采用的技术方案为：一种双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，将有机配位剂溶于水中，加入金属前驱体，混合均匀，得到共混溶液；其中，所述金属前驱体包括异丙醇铝和无机金属盐，所述无机金属盐包括Fe盐和Co盐；步骤S2，调节所述共混溶液的pH值至小于7，并搅拌至凝胶态，得到凝胶态共混物；
步骤S3，将所述凝胶态共混物进行真空干燥，并于不低于500℃进行高温处理，得到双反应中心类芬顿催化剂。
[0007]步骤S1中，异丙醇铝是合成金属氧化物Al2O3的主要原料，Fe盐和Co盐是实现晶相掺杂的辅助原料。进一步的，所述Fe盐为FeCl3，所述Co盐为CoCl2。
[0008]采用上述技术方案，以异丙醇铝和无机铁盐、钴盐等为金属前驱体，通过升温诱导和高温热处理工艺，构建一种新型高效的、兼具Fe和Co双富电子反应中心的类芬顿催化体系，该催化剂可以克服传统均相Fenton反应pH响应范围窄、活性组分难以回收、H2O2利用率低等固有缺陷。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述有机配位体为葡萄糖、明胶中的至少一种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述明胶来源于猪皮、牛骨、制革下脚料或水产动物的生物质废弃物。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述无机金属盐与异丙醇铝的质量比为1:4
‑
14。进一步的，所述无机金属盐与异丙醇铝的质量比为1:6
‑
12。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述Fe盐为FeCl3·
6H2O，所述Co盐为CoCl2·
6H2O，所述Fe盐与Co盐的质量比为1:3
‑
3:1。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，调节所述共混溶液的pH值至5
‑
6，并在45~55℃下搅拌至凝胶态。进一步的，调节所述共混溶液的pH值至5。步骤S2中，可以添加氨水调节所述共混溶液的pH值。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述高温处理的温度为600~800℃。进一步优选的，所述高温处理的温度为700℃。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述双反应中心类芬顿催化剂的制备方法还包括：步骤S4，将步骤S3中处理产物研磨过筛，经洗涤、干燥至恒重。
[0016]本专利技术还公开了一种双反应中心类芬顿催化剂，其采用如上任意一项所述的双反应中心类芬顿催化剂的制备方法制备得到。
[0017]本专利技术公开了所述双反应中心类芬顿催化剂的应用，其用于重金属
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有机络合物的破络。
[0018]具体而言，包括：将含重金属
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有机络合物的废水的pH值调至3
‑
8，将所述双反应中心类芬顿催化剂投加至废水中搅拌，然后滴加H2O2溶液进行反应60
‑
120 min，最后添加NaOH形成沉淀后，去除游离态重金属。
[0019]如上所述的重金属
‑
有机络合物主要是重金属与有机络合物配位形成的复合物，例如Ni
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乙二胺四乙酸（EDTA）、Cu
‑
乙二胺四乙酸（EDTA）、Ni
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柠檬酸（CA）、Cu
‑
柠檬酸（CA）；相比单一的有机络合物，该类复合物供电子能力有所减弱。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述双反应中心类芬顿催化剂的加入量为0.001~0.005g/ mL。
[0021]本专利技术公开了一种重金属
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有机络合物的破络处理方法，其包括：将含重金属
‑
有机络合物的废水的pH值调至3
‑
8，将所述双反应中心类芬顿催化剂投加至废水中搅拌，然后滴加H2O2溶液进行反应60
‑
120 min，最后添加NaOH形成沉淀后，去除游离态重金属。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的技术方案，充分利用金属原子电负性差异，构建以Fe和Co为双富电
子反应中心、Al为唯一缺电子反应中心的新型高效类芬顿催化剂，该催化剂可以应用于工业废水中重金属
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有机络合污染物的催化氧化破络处理。不同于传统均相Fenton氧化反应，本专利技术技术方案的芬顿催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1，将有机配位剂溶于水中，加入金属前驱体，混合均匀，得到共混溶液；其中，所述金属前驱体包括异丙醇铝和无机金属盐，所述无机金属盐包括Fe盐和Co盐；步骤S2，调节所述共混溶液的pH值至小于7，并搅拌至凝胶态，得到凝胶态共混物；步骤S3，将所述凝胶态共混物进行真空干燥，并于不低于500℃进行高温处理，得到双反应中心类芬顿催化剂。2.根据权利要求1所述的双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机配位体为葡萄糖、明胶中的至少一种。3.根据权利要求2所述的双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述明胶来源于猪皮、牛骨、制革下脚料或水产动物的生物质废弃物。4.根据权利要求1所述的双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述无机金属盐与异丙醇铝的质量比为1:4
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14。5.根据权利要求4所述的双反应中心类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述Fe盐为FeCl3·
6H2O，所述Co盐为CoCl2·
6H2O，所述Fe盐与Co盐的质量比为1:3
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵子龙，王宏杰，董文艺，漆舒羽，汪兴，郑恺昀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：