一种限域催化剂的制备方法及其在水处理中的应用技术

本发明专利技术涉及限域催化领域，具体为一种限域催化剂的制备方法及其在水处理中的应用

【技术实现步骤摘要】
一种限域催化剂的制备方法及其在水处理中的应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，特别涉及一种限域催化剂的制备方法及其在水处理中的应用
。

技术介绍

[0002]水污染对人类健康和水生态系统构成巨大威胁，因此，污水处理技术的发展和实施对消除污染物至关重要
。
纳米技术在材料化学，生物医学应用极为广泛
。
由于其优异的吸附
、
催化或抗菌性能，工程纳米材料已作为类芬顿催化剂应用于水处理，这也为水处理提供了前所未有的新机遇
。
[0003]迄今为止，大多研究工作集中在设计和合成纳米催化剂，以提高活性自由基的生产效率
。
纳米催化反应选择性是当前水处理技术创新的本征需求
。
如通过纳米材料尺寸效应来暴露更多催化和吸附位点，强化自由基的产率，通过静电或疏水强化选择性，通过晶体和界面工程，以提高吸附和催化的选择性
。
因此纳米技术在水处理中机遇与挑战并存，而设计纳米材料及阐明反应机制是研究热点
。
[0004]然而，传质限制是非均相反应的固有缺陷，这一问题在类芬顿反应中被很大程度上忽视了
。
极短寿命的自由基
(10
‑6‑
10
‑9s)
阻碍了它们从催化剂表面的生成位点到本体溶液中目标污染物的传质，严重限制了它们在非均相反应中的应用
。
此外，自由基不可避免地会被水基质
(
如溶解的有机物和共存的无机离子
)
消耗，大大减少了它们与目标污染物的反应效率
。
[0005]因此利用纳米限域效应，通过空间约束将短寿命自由基和反应物封装在临界扩散长度范围内，可以为克服非均相芬顿类反应的挑战提供一种新颖而有前途的策略
。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种限域催化剂的制备方法及其在水处理中的应用，旨在解决现有纳米催化剂催化活化活性较差的问题
。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种限域催化剂的制备方法，其中，包括步骤：
[0009]将多壁碳纳米管与复配改性剂进行超声混合处理，经过油浴回流
、
超声分散
、
离心
、
真空干燥
、
冷冻干燥后制得改性多壁碳纳米管；
[0010]将所述改性多壁碳纳米管与过渡金属盐在有机分散剂中混合，经过超声处理，真空烘干后制得固体混合物；
[0011]对所述固体混合物进行加热处理后，再经过洗涤干燥，制得所述限域催化剂
。
[0012]所述限域催化剂的制备方法，其中，所述复配改性剂为
HNO3、H2SO4、HCl、HClO4、HBr
中的一种或多种混合而成，所述复配改性剂的质量分数为
55
‑
75
％
。
[0013]所述限域催化剂的制备方法，其中，将多壁碳纳米管与复配改性剂进行超声混合处理，经过油浴回流
、
超声分散
、
离心
、
真空干燥
、
冷冻干燥后制得改性多壁碳纳米管的步骤
中，超声混合处理的时间为
0.5
‑
1h
；油浴回流的温度为
130
±
5℃
，油浴回流的时间为
12
‑
14h
；超声分散的时间为
20
‑
40min
；离心的时间为
10
‑
15min
；真空干燥的温度为
60
‑
70℃
；冷冻干燥的时间为
48
‑
72h。
[0014]所述限域催化剂的制备方法，其中，所述过渡金属盐为
Co
盐
、Fe
盐
、Cu
盐中的一种或多种
。
[0015]所述限域催化剂的制备方法，其中，所述过渡金属盐
、
改性多壁碳纳米管与有机分散剂投加质量比为5‑
10
：
0.1
‑
0.2
：
1000
‑
2000。
[0016]所述限域催化剂的制备方法，其中，将所述改性多壁碳纳米管与过渡金属盐在有机分散剂中混合，经过超声处理，真空烘干后制得固体混合物的步骤中，混合时间为
0.5
‑
1h
；超声处理的时间为3‑
4h
；真空烘干的温度为
80
‑
90℃
，真空烘干的时间为
12
‑
24h。
[0017]所述限域催化剂的制备方法，其中，对所述固体混合物进行加热处理的步骤中，加热处理的温度为
340℃
‑
380℃
，升温速度为每分钟
1℃
，保持时间为1‑
3h。
[0018]一种限域催化剂，其中，采用本专利技术所述限域催化剂的制备方法制得
。
[0019]一种限域催化剂的应用，其中，将本专利技术所述的限域催化剂用于降解水中有机污染物和杀灭水中病原体
。
[0020]所述限域催化剂的应用，其中，将所述限域催化剂用于降解水中有机污染物和杀灭水中病原体，包括步骤：
[0021]在
15
‑
40℃
水温，
pH
范围4‑
10
的条件下，向含有有机污染物的废水中加入所述限域催化剂和氧化剂，所述限域催化剂催化所述氧化剂降级废水中的有机污染物或杀灭废水中的病原体，所述氧化剂为过氧乙酸
、
过硫酸盐
、
高碘酸盐和双氧水中的一种或多种
。
[0022]有益效果：本专利技术通过将过渡金属负载在多壁碳纳米管内部制备限域催化剂，并在纳米尺度上封装短寿命活性物质，以提高活性物质在类芬顿反应中的利用效率，所述限域催化剂可快速高效地催化活化过氧乙酸
、
过硫酸盐
、
高碘酸盐
、
双氧水等氧化剂，产生自由基
、
单线态氧等活性组分，从而实现选择性降解水中有机污染物并杀灭水中病原体
。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的一种限域催化剂的制备方法流程图
。
[0024]图2为实施例1制备的限域催化剂的透射电镜图
。
[0025]图3为对比例1制备的非限域催化剂的透射电镜图
。
[0026]图4为不同催化剂活化过氧乙酸降解模拟废水中双酚
A
效果示意图
。
[0027]图5为不同限域催化剂投加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种限域催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：将多壁碳纳米管与复配改性剂进行超声混合处理，经过油浴回流
、
超声分散
、
离心
、
真空干燥
、
冷冻干燥后制得改性多壁碳纳米管；将所述改性多壁碳纳米管与过渡金属盐在有机分散剂中混合，经过超声处理，真空烘干后制得固体混合物；对所述固体混合物进行加热处理后，再经过洗涤干燥，制得所述限域催化剂
。2.
根据权利要求1所述限域催化剂的制备方法，其特征在于，所述复配改性剂为
HNO3、H2SO4、HCl、HClO4、HBr
中的一种或多种混合而成，所述复配改性剂的质量分数为
55
‑
75
％
。3.
根据权利要求1所述限域催化剂的制备方法，其特征在于，将多壁碳纳米管与复配改性剂进行超声混合处理，经过油浴回流
、
超声分散
、
离心
、
真空干燥
、
冷冻干燥后制得改性多壁碳纳米管的步骤中，超声混合处理的时间为
0.5
‑
1h
；油浴回流的温度为
130
±
5℃
，油浴回流的时间为
12
‑
14h
；超声分散的时间为
20
‑
40min
；离心的时间为
10
‑
15min
；真空干燥的温度为
60
‑
70℃
；冷冻干燥的时间为
48
‑
72h。4.
根据权利要求1所述限域催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为
Co
盐
、Fe
盐
、Cu
盐中的一种或多种
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家斌，张亚雷，周雪飞，刘统才，李楠，肖绍赜，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：