一种具有磷和铁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磷和铁元素的异相光芬顿催化剂及其制备方法和应用。具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法包括：将铁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磷和铁元素的异相光芬顿催化剂。将光引进芬顿试剂解决了芬顿反应过程中铁盐消耗量大和污泥产生量大的问题，并且半导体的引入可以消除体系pH值的限制，增强近中性pH值下的光芬顿催化活性，并且该催化剂具有优良的可见光吸收能力，能受可见光激发产生大量光生载流子，其中的光生电子可以将Fe3(PO4)2(OH)2中的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种具有磷和铁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
，具体为一种具有磷和铁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]盐酸多西环素是一种半合成四环素类抗生素，其对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌具有显著的抑制作用，被广泛应用于疾病和呼吸道感染的治疗。近年来，原污水中盐酸多西环素的浓度急剧上升，进而探索有效的方法矿化地表水中的盐酸多西环素是一个关键的挑战。
[0003]光催化技术具有成本低、操作简单等优点，但难降解有机污染物在光催化过程中不能被完全分解。芬顿氧化可以通过H2O2原位生成高氧化活性物质来非选择性矿化有机污染物。然而，芬顿氧化的pH条件恶劣，产生含铁污泥，以及大量消耗Fe
2+
和H2O2造成的高成本限制了芬顿氧化的进一步应用。异相光芬顿氧化法综合了光催化和芬顿氧化的优点，利用光激发芬顿试剂生成羟基自由基，具有优异的污染物去除能力，并且利用太阳能而降低应用成本也是抗生素废水处理的研究热点。传统异相光芬顿催化剂如含铁矿物，其光生电荷传输能力较为有限，载流子复合效率高，光捕获能力差等也不利于实际应用。值得注意的是，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，这种效应称为感应效应，描述为一个基团以静电方式影响另一个基团的电子分布，并且PO
43
‑
阴离子具有较大的电子云重叠，更倾向于吸引空穴和排斥电子，有助于e
‑
/h
+<br/>分离。
[0004]但迄今为止未见PO
43
‑
阴离子被引入铁基材料作为异相光芬顿催化剂实现水中难降解有机污染物的高效去除。因此，开发一种具有磷和铁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应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种具有磷和铁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]一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，将铁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Fe3(PO4)2(OH)2异相光芬顿催化剂；
[0007]所述铁盐和磷酸盐中Fe和P的原子比为1：1至10：1；
[0008]所述铁盐和磷酸盐中Fe和P的原子比为1.5：1；
[0009]所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种，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150
‑
200℃，水热反应的反应时间为12
‑
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磷和铁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磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的应用；具有磷和铁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.本专利技术一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法为水热法，该工艺温和环保，且水热法可以将制备时间缩短至12个小时，这大大提高了反应速率，易于规模化量产，并且选用常见且价格低廉的原材料作为光芬顿催化剂的引物，具有良好的开发前景和工业化的应用潜质；
[0017]2.本专利技术具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂具有优良的可见光吸收能力，催化剂能受可见光激发产生大量光生载流子，其中的光生电子可以将Fe3(PO4)2(OH)2中的Fe
3+
还原为Fe
2+
，极大促进了芬顿过程中铁物种原位循环生成,显著提高H2O2的活化效率；
[0018]3.本专利技术以Fe3(PO4)2(OH)2为催化剂构建了更为高效稳定的光芬顿过程，将光引进芬顿试剂从而解决了芬顿反应过程中铁盐消耗量大和污泥产生量大的问题，并且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；
[0019]4.本专利技术具有磷和铁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Fe3(PO4)2(OH)2催化剂，通过引入PO
43
‑
阴离子提高了体系中e
‑
/h
+
对的分离效率，进而提高H2O2的活化效率；
[0020]5.本专利技术具有磷和铁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83％，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所制备的具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的SEM图；
[0022]图2为实施例1所制备的具有磷和铁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所制备的具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的(αhν)2～hν曲线；
[0024]图4为实施例1所制备的具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的对于盐酸多西环素的降解图；
[0025]图5为实施例1所制备的具有磷和铁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]一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，将铁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磷和铁元素的异相光芬顿催化剂。将光引进芬顿试剂从而解决了芬顿反应过程中铁盐消耗量大和污泥产生量大的问题，并且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，具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂具有优良的可见光吸收能力，在可见光激发后产生大量光生载流子，其中的光生电子可以将Fe3(PO4)2(OH)2中的Fe
3+
还原为Fe
2+
，极大促进了芬顿过程中的铁物种原位循环生成，显著提高H2O2的活化效率，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，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，将铁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磷和铁元素的异相光芬顿催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐和磷酸盐中Fe和P的原子比为1：1至10：1。3.根据权利要求1所述的一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐和磷酸盐中Fe和P的原子比为1.5：1。4.根据权利要求1所述的一种具有磷和铁元素的异相光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种，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所述的一种具有磷和铁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150
‑
200℃，水热反应的反应时间为12
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【专利技术属性】
技术研发人员：辛言君，董雅楠，李月飞，信帅帅，陈翔，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：