一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用。异相光芬顿催化剂的制备方法包括：将铜盐和磷酸盐溶于水中进行超声得到前驱体溶液，将前驱体溶液进行水热反应，水热反应结束后进行后处理得到异相光芬顿催化剂。该方法条件温和、操作简单，具有较好的工业化生产前景，异相光芬顿催化剂具有较好的光学性能，在光芬顿反应过程中，Cu

【技术实现步骤摘要】
一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理的
，具体为一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]四环素类抗生素作为最具代表性的药物之一，通常直接释放到水生环境中，由于微生物的持久性和抗生素代谢不良，大多数抗生素会在环境中积累。
[0003]芬顿反应可以完全分解母体化合物，而不需要物理分离，从而消除其环境风险，因此引起了越来越多的研究兴趣。Fe
2+
常用在传统芬顿反应中与H2O2结合生成
·
OH自由基和Fe
3+
，Fe
2+
/Fe
3+
离子在均相芬顿反应中的共存使催化剂难以循环利用。此外，该体系的pH范围窄，为2.8～3.5。鉴于此，基于Fe元素的异相芬顿催化剂已被开发，遗憾的是：传统铁合金或纯铁的催化稳定性较差，容易氧化，并且Fe
2+
/Fe
3+
的循环效率(k＝53M
‑1·
s
‑1)也是制约有机污染物去除的瓶颈。近年来，结合异相芬顿催化和光催化优点的异相光芬顿技术，其能源效率更高，光照不仅诱导H2O2直接分解产生活性氧(ROS)，还能通过光生电子或空穴促进过渡金属离子的还原，从而提高氧化剂的利用效率。
[0004]Cu是第二大被研究用于芬顿反应的金属，因此，开发一种含有Cu元素的异相光芬顿催化剂，在工业和生活有机废水治理方面具有十分重要的社会和环境效益。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用，具体实施方式如下：
[0006]一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，将铜盐和磷酸盐溶于水中进行超声得到前驱体溶液，将前驱体溶液进行水热反应，水热反应结束后进行后处理得到具有铜元素的异相光芬顿催化剂；
[0007]所述铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为0.3：1至30：1；
[0008]所述铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为2：1；
[0009]所述铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、碳酸铜中的任意一种，所述磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种；
[0010]水热反应的反应温度为120
‑
200℃，水热反应的反应时间为10
‑
24h；
[0011]超声时间为10
‑
30min；所述后处理包括离心洗涤、干燥和研磨；
[0012]另，本专利技术还提供一种由上述方法制备得到的具有铜元素的异相光芬顿催化剂。
[0013]本专利技术还提供一种上述具有铜元素的异相光芬顿催化剂的应用；具有铜元素的异相光芬顿催化剂应用于废水中对有机污染物的降解。
[0014]包括：将有机废水pH调至3
‑
11，将H2O2、异相光芬顿催化剂加入有机废水中，在可见光照射下进行光芬顿降解，去除有机污染物；异相光芬顿催化剂的加入量为20～300mg/L。
[0015]由于采用了以上技术方案，本专利技术的有益技术效果是：
[0016]1.本专利技术具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法为水热法，该方法条件温和、操作简单，适合进行大规模工业化应用，并且本专利技术所制备的材料为无规则块状结构，可以为催化反应提供更多的活性位点；
[0017]2.本专利技术具有铜元素的异相光芬顿催化剂在光芬顿反应过程中，Cu
+
与H2O2快速反应生成自由基和Cu
2+
，而Cu
2+
在光源下可被光激发电子还原为Cu
+
，并且光加速了Cu
2+
/Cu
+
的氧化还原循环，显著提高H2O2的活化效率以及异相光芬顿催化剂的催化活性；
[0018]3.本专利技术具有铜元素的异相光芬顿催化剂在光芬顿反应过程中，半导体的引入可以消除pH值的限制，增强近中性pH下的光芬顿催化活性，并且Cu元素可在中性/近中性环境中具有优越的芬顿活性，因此该材料可在较宽的pH范围内实现盐酸多西环素的高效降解；
[0019]4.本专利技术具有铜元素的异相光芬顿催化剂中PO
43
‑
阴离子具有较大的负电荷，在光催化体系中更倾向于光生电荷分离。因此本专利技术所制备的Cu2(PO4)(OH)催化剂，因PO
43
‑
阴离子的存在提高了体系中e
‑
/h
+
对的分离效率，进而提高H2O2的活化效率；
[0020]5.本专利技术具有铜元素的异相光芬顿催化剂具有较好的光化学稳定性，在五次循环后仍能保持较高的催化性能，五次循环后降解率还能达到84％，适用于光芬顿降解有机污染物反应。
附图说明
[0021]图1为实施例1所制备具有铜元素的异相光芬顿催化剂的SEM图；
[0022]图2为实施例1所制备具有铜元素的异相光芬顿催化剂的漫反射谱图；
[0023]图3为实施例1所制备具有铜元素的异相光芬顿催化剂的带隙图；
[0024]图4为实施例1所制备具有铜元素的异相光芬顿催化剂对于盐酸多西环素的降解图；
[0025]图5为实施例1所制备具有铜元素的异相光芬顿催化剂对于盐酸多西环素的循环降解图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，将铜盐和磷酸盐溶于水中进行超声得到前驱体溶液，将前驱体溶液进行水热反应，水热反应结束后进行后处理得到Cu2(PO4)(OH)异相光芬顿催化剂。Cu2(PO4)(OH)异相光芬顿催化剂不仅制备过程简单环保，原料廉价易得，并且其还具有pH工作范围广，光化学性能优异稳定，催化活性高效等特点，来解决现有异相光芬顿体系中可循环性差、H2O2分解效率低等不足。
[0028]具体地，铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为0.3：1至30：1；
[0029]优选地，铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为2：1。
[0030]铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、碳酸铜中的任意一种，所述磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种。
[0031]本专利技术异相光芬顿催化剂在有机废水处理过程的应用，可在较宽的pH范围内实现有机废水中盐酸多西环素的高效降解，具有较好的光化学稳定性，在五次循环后仍能保持较高的催化性能，适用于光芬顿降解有机污染物反应。含铜单金属催化剂比含铜铁双金属或者含铁单金属催化剂的催化活性更优异，因为铜元素的反应速率常数(Cu
+
(104M
‑1s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，将铜盐和磷酸盐溶于水中进行超声得到前驱体溶液，将前驱体溶液进行水热反应，水热反应结束后进行后处理得到具有铜元素的异相光芬顿催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为0.3：1至30：1。3.根据权利要求1所述的一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐和磷酸盐中Cu和P的原子比为2：1。4.根据权利要求1所述的一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、碳酸铜中的任意一种，所述磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种具有铜元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，水热反应的反应温度为120
‑
200℃，水热反应的反应时间为10
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【专利技术属性】
技术研发人员：辛言君，董雅楠，刘奕君，王倩文，周成智，信帅帅，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：