一种氧化铜催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术中公开了一种氧化铜催化剂及其制备方法和应用，属于含酚废水处理技术领域。一种氧化铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将灯芯草放入聚乙烯亚胺的乙醇

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铜催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及含酚废水处理
，具体涉及一种氧化铜催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]含酚废水广泛产生于石油化工、造纸、染料、医药、农药等行业。据统计，每年有超过1亿吨的含酚废水排放。酚类化合物是一种原型质毒物，能引起致癌、致畸、致突变等不良影响，因此去除水中酚类污染对保护生态环境和人体健康具有重要意义。
[0003]含酚废水的常用处理方法有生物法、萃取法、膜分离法、吸附法和高级氧化法。与其他方法相比较，高级氧化法反应速率快，能降解甚至矿化有机污染物，被认为是去除难降解有机污染物的有效方法之一。
[0004]近年来，过硫酸盐高级氧化法因氧化能力强（2.5
‑
3.1V）、pH适应范围宽、自由基半衰期长（30
‑
40μs)、药剂储运方便等优势，成为污水处理和环境治理领域的研究热点。但过硫酸盐在常温下较稳定，需要采用能量辐射（光、热、声）、碱、过渡金属及其氧化物等使其活化。在多种金属氧化物中，氧化铜因活性高、价廉易得及环境友好等优点，成为一种极具应用前景的过硫酸盐活化剂。
[0005]不过，现有的制备氧化铜催化剂的方法主要为煅烧法(CN202110181767.9，CN201711207844.3，202211454713.6)和水热法(CN202110418602.9)。这些方法制备时间长、能量消耗高。另外，氧化铜纳米颗粒由于表面效应易团聚，导致活性位点暴露不足，降低了其催化活性。因此，合理设计和制备高催化活性的氧化铜催化剂具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中的氧化铜催化剂存在制备时间长、能量消耗高，且催化活性较低的问题，提供一种氧化铜催化剂及其制备方法和应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种氧化铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将灯芯草放入聚乙烯亚胺的乙醇
‑
水溶液中，在25℃浸渍5min后取出，烘干表面液体；S2、将经S1烘干后的灯芯草浸入戊二醛的乙醇
‑
水溶液中，在50℃反应30min后用去离水洗涤、烘干；S3、将经S2烘干后的灯芯草浸入二价铜盐溶液中，在25℃浸渍反应后取出，烘干表面液体；S4、将经S3烘干后的灯芯草浸入热的NaOH溶液中，反应后取出，用无水乙醇洗涤、烘干，得到氧化铜催化剂。
[0008]优选地，所述聚乙烯亚胺的浓度为1%～2%，戊二醛的浓度为2%～4%。
[0009]优选地，所示S1和S2中，乙醇
‑
水溶液中水与乙醇的体积比为2:8。
[0010]优选地，所述S3中，二价铜盐的浓度为0.3～0.5M，浸渍反应时间为10～60min。
[0011]优选地，所述S4中，NaOH溶液的浓度为0.5～1M，反应温度为50～70℃。
[0012]本专利技术同时提供了上述制备方法制得的氧化铜催化剂。
[0013]本专利技术还提供了上述氧化铜催化剂在处理含酚废水中的应用，向含酚废水中加入氧化铜催化剂和过硫酸盐，再添加碳酸氢盐，在室温、不调pH条件下即能实现废水中酚类污染物的降解处理。
[0014]优选地，所述酚类污染物的浓度为10
‑
200mg/L，氧化铜催化剂投加量为0.5
‑
2.5g/L；加入的过硫酸盐与酚类污染物的质量比为10～20:1。
[0015]优选地，碳酸氢盐的添加量为5～20mM。
[0016]本专利技术所具有的有益效果：（一）本专利技术采用化学沉淀法原位生成CuO，缩短了制备时间，避免了采用高温焙烧法和水热法导致的能耗高、耗时长的问题；（二）本专利技术利用灯芯草的天然三维网状结构和聚乙烯亚胺对铜离子的络合作用，稳定纳米CuO，减少其团聚并暴露更多的活性位点，提高催化效率；同时，利用聚乙烯亚胺分子结构中伯、仲和叔胺与酚类化合物的静电作用、氢键作用促进其吸附到催化剂表面，进一步提升反应速率；（三）本专利技术中的催化剂是以灯芯草作载体制备的负载型氧化铜催化剂，易于分离回收，可提高催化剂的重复利用性能；（四）本专利技术中的催化剂应用在含酚废水的处理时，在除酚体系中引入适量水体中广泛存在的碳酸氢盐，提升除酚效率的同时抑制铜离子浸出，进一步提高催化剂的重复利用性能。
附图说明
[0017]图1是实施例9及对照组1、2降解苯酚的曲线图。
[0018]图2是空白灯芯草（2a）和实施例9中制备的氧化铜催化剂（2b）的实物照片。
[0019]图3是空白灯芯草（3a）和实施例9中制备的氧化铜催化剂（3b和3c）的SEM图。
[0020]图4是实施例9中制备的氧化铜催化剂的XRD图。
[0021]图5是实施例9中制备的氧化铜催化剂的XPS宽扫描图（5a）和Cu2p（5b）的XPS图。
[0022]图6是实施例11中氧化铜催化剂活化过硫酸盐降解苯酚的循环实验结果。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0024]实施例1
[0025]（1）称取0.05g灯芯草加入到浓度为2%的聚乙烯亚胺的水/乙醇溶液(V醇:V水=8:2)中，在25℃下浸渍5min，取出，将其置于尼龙网格材料上烘干表面液体。
[0026]（2）将步骤（1）中烘干的灯芯草浸入4%的戊二醛的水/乙醇溶液(V醇:V水=8:2)中，在50℃下反应30min后取出，用去离子水洗涤，然后置于尼龙网格材料上烘干表面液体。
[0027]（3）将步骤（2）中烘干的灯芯草分别浸入0.1M、0.2M、0.3M、0.4M、0.5M的氯化铜溶液中，在25℃下反应60min后取出，置于尼龙网格材料上烘干表面液体。
[0028]（4）将步骤（3）中烘干的材料浸入1M的NaOH溶液中，在55℃条件下反应30min，用无水乙醇洗涤，置于尼龙网格材料上烘干，得到氧化铜催化剂。
[0029]（5）将步骤（4）得到的5种氧化铜催化剂分别加入到50mL 浓度为50mg/L的苯酚溶液中，再加入500mg/L的过硫酸钾和5mM的碳酸氢钠，于25℃下恒温振荡器反应30min后，测定溶液中剩余苯酚浓度，计算得到苯酚的去除率分别为74.17%、89.28%、100%、100%、100%。
[0030]实施例1证明：实施例1中二价铜盐的浓度在0.3～0.5M之间时，所得催化剂对苯酚降解效果好。
[0031]实施例2
[0032]（1）称取0.05g灯芯草加入到浓度为2%的聚乙烯亚胺的水/乙醇溶液(V醇:V水=8:2)中，在25℃下浸渍5min，取出，将其置于尼龙网格材料上烘干表面液体。
[0033]（2）将步骤（1）中烘干的灯芯草浸入4%的戊二醛的水/乙醇溶液(V醇:V水=8:2)中，在50℃下反应30min后取出，用去离子水洗涤，然后置于尼龙网格材料上烘干表面液体，得到PEI改性灯心草。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铜催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将灯芯草放入聚乙烯亚胺的乙醇
‑
水溶液中，在25℃浸渍5min后取出，烘干表面液体；S2、将经S1烘干后的灯芯草浸入戊二醛的乙醇
‑
水溶液中，在50℃反应30min后用去离水洗涤、烘干；S3、将经S2烘干后的灯芯草浸入二价铜盐溶液中，在25℃浸渍反应后取出，烘干表面液体；S4、将经S3烘干后的灯芯草浸入热的NaOH溶液中，反应后取出，用无水乙醇洗涤、烘干，得到氧化铜催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺的浓度为1%～2%，戊二醛的浓度为2%～4%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所示S1和S2中，乙醇
‑
水溶液中水与乙醇的体积比为2:8。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜利，杜志利，王明曦，杨宜悦，俞笛扬，杨红薇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：