[发明专利]一种低成本和环境友好型改性棉纤维铁配合物催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工催化剂技术，具体为一种促进印染废水中染料等有机污染物降解的改性棉纤维铁配合物光催化剂及其制备方法。

背景技术

Fenton氧化技术是一种具有光明发展前景的工业废水处理技术，其能使难降解有机污染物如染料等发生快速而完全的降解和矿化。但是均相Fenton氧化技术必须在酸性条件(pH＝2-5)下使用而在实际应用中受到很大的限制，不仅会因调节pH值而增加工序和成本，而且反应结束后残留在水体中的铁离子会造成二次污染。由铁离子固定于负载材料表面而制成的非均相Fenton反应催化剂不仅可以显著地促进有机污染物的降解反应，而且还具有pH适用性强和易于回收等优点，因此非均相Fenton催化剂的研发是目前改善Fenton氧化技术的关键。而纤维金属配合物作为非均相Fenton反应催化剂具有制备简单，使用方便和价格低廉的特点倍受到人们的关注。近年来纤维金属配合物作为非均相Fenton光催化剂已经受到人们的关注，如改性聚丙烯腈纤维和改性聚四氟乙烯纤维以及海藻纤维等分别与Fe³⁺离子反应形成配合物，其作为非均相Fenton反应催化剂对染料等降解反应表现出优良的性能[参见1.Han Z，Dong Y，Dong S.Copper-iron bimetal modified PAN fiber complexes as novel heterogeneous Fenton catalysts for degradation of organic dye under visible light irradiation[J].Journal of Hazardous materials，2011，189(1)：241-248；2.Li B，Dong Y，Zou C，et al.Iron(III)-Alginate Fiber Complex as a Highly Effective and Stable Heterogeneous Fenton Photocatalyst for Mineralization of Organic Dye[J].Industrial&Engineering Chemistry Research，2014，53(11)：4199-4206；3.董永春等，改性PTFE纤维金属配合物的制备及其光催化降解性能，物理化学学报，2013，29(01)：157-166]。但是聚四氟乙烯和海藻纤维价格昂贵，而且改性聚丙烯腈纤维和改性聚四氟乙烯纤维需经过复杂的改性反应以引入能与金属离子发生配位反应的功能性基团，这使催化剂的制备过程复杂化和制备成本显著提高。另一方面，聚丙烯腈纤维和聚四氟乙烯纤维均为合成纤维，以此制备的催化剂使用后在生态环境不容易生物降解而导致严重污染问题。尽管海藻纤维也属于天然纤维并能够与金属离子反应而制备催化剂，但是不仅制备成本高，而且产品有时会发生硬化现象而影响其应用性能。因此特别需要一种低成本和环境友好的纤维材料与金属离子反应制备适于工业化生产的非均相Fenton反应催化剂。棉纤维是目前在纺织工业中应用最广泛的天然纤维。其不仅成本低廉，而且具有物理机械性能优良、亲水性好和易于生物降解等优点。棉纤维是一种由纤维素构成的天然高分子化合物，而纤维素则是由1，4甙键彼此连接而成的葡萄糖环化合物组成的线型大分子。由于其分子结构中存在大量的羟基，因此可以使用环保无毒的柠檬酸对棉纤维进行改性反应而引入羧基。棉纤维利用这些羧基可与金属离子反应形成改性棉纤维铁配合物非均相Fenton反应催化剂。

发明内容