一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及水处理技术领域，具体涉及一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法及应用。该方法包括以下步骤；a将铜源与有机酸溶于超纯水中配制A溶液；b将表面活性剂与无水乙醇混合搅拌配制B溶液；c将A、B溶液进行混合，向混合溶液中滴加TEOS及碱液，形成溶胶溶液；d将溶胶溶液置于反应釜进行水热反应，产物经过滤洗涤后进行烘干、研磨成粉；e进行程序升温煅烧，自然降温获得铜碳硅类芬顿催化剂。该制备方法制备的铜碳硅类芬顿催化剂具有中空纳米小球结构，与污染物接触面积更大，易回收利用；在中性条件下催化效果良好，催化剂稳定性好，可进行多次循环利用，金属释放量少，对环境不产生任何不良影响，对工业废水的处理具有良好的处理效果。对工业废水的处理具有良好的处理效果。对工业废水的处理具有良好的处理效果。

【技术实现步骤摘要】
一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于城市化与工业化进程的不断加快所排放的大量污废水所导致严重的水污染与淡水短缺问题，一直以来便是人们所关注的焦点与热点。而工农业废水中含有的大量生物难降解有机物，特别是近年来出现的新污染物(ECs)已经广泛分布在生活废水、工业废水、医疗废水、自然水体甚至饮用水源中，对自然环境和人类身心健康构成了严重威胁。尽管ECs在自然界中含量较低，但可能易与水体中其他污染物或化合物络合产生一种或多种毒性效应更强的物质。并且传统水处理方法对新污染物的降解效果十分有限，在此情况下，急需一种新型水处理方法对新污染进行“高效、绿色”去除。
[0003]随着技术的不断发展，以高级氧化技术(AOPs)为代表的众多水处理方法已经被证实是去除ECs的有效手段之一。但高级氧化技术中的光催化、电催化技术却有着耗能巨大的固有短板，因此芬顿技术得益于无需任何外部能量输入的情况下产生羟基自由基(
·
OH)攻击污染物而又重新备受关注。然而，经典芬顿反应却有着几大无可避免的缺陷，如：(1)过氧化氢利用率低下；(2)反应体系的pH响应范围很窄，并且反应成本与运行难度较高，反应期间还会产生大量铁泥；(3)反应体系催化活性不高。这些缺陷扼制了经典芬顿技术的运用与推广。
[0004]研究表明，多相芬顿技术不仅可以克服经典芬顿技术的缺点，还具有催化剂可回收、催化剂可循环利用、催化活性提高等优势。但在多相芬顿技术中，其电子传输速率依然受到了极大的限制，并且在实验甚至实际推广中发现催化剂的载体与金属离子相互脱离影响了催化剂稳定性与活性，而被释放的金属离子浓度很有可能超出环境阈值，危害人体健康与自然环境。因此如何研制出稳定、高效的环保催化剂成为了人们不断追求与探索的方向之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法及应用。
[0006]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，将铜源与有机酸同时投加至超纯水中混匀，形成溶液A；
[0009]步骤2，将表面活性剂与无水乙醇混合并置于水浴锅中进行充分搅拌，形成溶液B；
[0010]步骤3，将溶液A与溶液B混合搅拌15分钟形成混合液C，把所述混合液C移至通风橱中，将溶液A与溶液B混合搅拌形成混合液C，并向混合液C中滴加一定体积的TEOS溶剂，继续搅拌1小时后，再逐滴滴加碱液以形成溶胶，随后调高搅拌转速使其形成溶胶溶液；
[0011]步骤4，将步骤3得到的溶胶溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热过程中采用程序升温，水热反应温度为100
‑
400℃，反应时长为12
‑
48小时；
[0012]步骤5，将步骤4得到的产物进行过滤并用超纯水与无水乙醇交替洗涤得到固体，以去除催化剂表面的水溶性杂质或有机物杂质；而后烘干、研磨成粉后进行程序升温煅烧，自然降温后获得铜碳硅类芬顿催化剂。
[0013]优选地，所述步骤1中，铜源为碳酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、碱式碳酸铜、碱式硫酸铜、氢氧化铜中的至少一种；有机酸为D
‑
乳酸、抗坏血酸、丙酮酸、D
‑
酒石酸、L
‑
苹果酸中的至少一种。
[0014]优选地，所述步骤2中，表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭中的至少一种。
[0015]优选地，所述步骤2中，搅拌转速为500
‑
900转/分钟，搅拌时长为150分钟；水浴温度设置为程序升温，先将水浴温度设置为50℃，30分钟后升温至65℃，一小时后升温至80℃并保存两小时。
[0016]优选地，所述步骤3中，滴加的TEOS溶剂与混合液C的体积比为1：7.5；搅拌转速为1000
‑
1500转/分钟，搅拌时长4小时；碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、一水合氨水溶液中的其中一种。
[0017]优选地，所述步骤4中，升温程序设置为100℃
‑
150℃
‑
200℃，各个温度下保存时间均为10小时，水热反应总时长为30小时。
[0018]优选地，所述步骤5中，煅烧温度为450
‑
850℃，升温速率为5
‑
15℃/min，退火速率为5
‑
15℃/min。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种上述方法制备的铜碳硅类芬顿催化剂，所述铜碳硅类芬顿催化剂形貌为多孔中空二氧化硅小球状，具有较大比表面积，且活性组分均匀地分布在催化剂内或表面，有利于与H2O2反应或与污染物络合从而提高反应活性；且所述铜碳硅类芬顿催化剂为多价态铜物种与碳物种掺杂在二氧化硅载体中，能产生大量的Cu
‑
O
‑
Si、Cu
‑
O
‑
C与其他化学键。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了上述铜碳硅类芬顿催化剂在处理水中污染物的应用，即通过与过氧化氢联用以去除水中污染物，包括以下步骤：
[0021]将1.0g/L上述铜碳硅类芬顿催化剂投入到含污染物的水中，在35℃温度下连续搅拌15
‑
30分钟使得所述催化剂与污染物达到吸附平衡，投加H2O2反应2小时，即可有效降解污染物。
[0022]优选地，所述污染物为双酚A、苯海拉明、四环素、罗丹明B及其他各种污染物中的至少一种。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024](1)本专利技术的铜碳硅类芬顿催化剂具有中空纳米小球结构，与污染物接触面积更大，易回收利用。
[0025](2)本专利技术的铜碳硅类芬顿催化剂在中性条件下催化效果良好，无需反复调节反应体系的酸碱度，且催化剂稳定性好，可进行多次循环利用，并且金属释放量少，对环境不产生任何不良影响。
[0026](3)本专利技术的铜碳硅类芬顿催化剂在模拟天然水体的溶液中几乎不受水中溶解性有机物的影响，并在对于实际工业废水的处理中具有良好的处理效果。
附图说明
[0027]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0028]图1为实施例1中制备得到的铜碳硅类芬顿催化剂的扫描电镜(SEM)图；
[0029]图2为实施例1中制备得到的铜碳硅类芬顿催化剂的透射电镜(TEM)图；
[0030]图3为实施例1中制备得到的铜碳硅类芬顿催化剂的Cu 2p的X射线衍射图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将铜源与有机酸同时投加至超纯水中混匀，形成溶液A；步骤2，将表面活性剂与无水乙醇进行混合搅拌，形成溶液B；步骤3，将溶液A与溶液B混合搅拌形成混合液C，向混合液C中滴加一定体积的TEOS溶剂，搅拌完全后，再逐滴滴加碱液以形成溶胶，随后调高搅拌转速使其形成溶胶溶液；步骤4，将步骤3得到的溶胶溶液转移至反应釜中进行水热反应，水热过程中采用程序升温，水热反应温度为100
‑
400℃，反应时长为12
‑
48小时；步骤5，将步骤4得到的产物经过滤洗涤后进行烘干并将其研磨成粉，置于30％的空气氛围中进行程序升温煅烧6
‑
24小时，自然降温后获得铜碳硅类芬顿催化剂。2.根据权利要求1所述的一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，铜源为碳酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、碱式碳酸铜、碱式硫酸铜、氢氧化铜中的至少一种；有机酸为D
‑
乳酸、抗坏血酸、丙酮酸、D
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酒石酸、L
‑
苹果酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种铜碳硅类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，搅拌转速为500
‑
900转/分钟，搅拌时长为150分钟；水浴温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕来，刘宇航，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：