[发明专利]一种碳纳米管负载非均相Fenton体系催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管负载非均相Fenton体系催化剂的制备方法，属于再生水处理领域。本发明的催化剂在可见光照射下产生羟基自由基，从而在中性条件下催化氧化生化尾水中的有机物。该催化剂可减少H₂O₂的用量，提高氧化效率；同时多面体型的多金属氧酸盐(POM)和Cu、Mn的结合，形成非均相结构，能在中性条件下，进行催化氧化反应，而且催化剂中Cu²⁺的催化性能由于其他结构的协同作用而得到大幅度提高，从而改善了Fenton处理效率，拓宽了pH的适用范围，降低成本，简化了实际操作步骤。

技术领域

本发明属于再生水处理领域，更具体地说，涉及一种碳纳米管(CNTs)负载非均相Fenton体系催化剂的制备方法。

背景技术

Fenton氧化技术是一种应用非常广泛的高级氧化技术。传统的Fenton氧化是指H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下分解产生羟基自由基(·OH)，·OH的氧化性很强，可以将水中的大部分有机物分解成小分子物质。但传统的Fenton氧化存在pH应用范围窄，只能在酸性条件(pH＝2～4)下发生，实际运用过程中需要消耗大量的酸和碱，且Fe²⁺用量大，因为虽然Fe²⁺只是催化作用，但实际运用中Fe²⁺很容易被氧化成Fe³⁺，在反应后形成大量的含铁污泥，导致剩余污泥的处理费用大。

为了克服传统Fenton法的一些缺点，提高催化剂重复利用效率，减少反应过程中产生的铁泥量，人们研究出了非均相Fenton法，它是将铁离子固定在载体上，使固相催化剂与H₂O₂组成非均相体系，用于处理难降解或有毒有机污染物。由于非均相Fenton体系不仅能够在更宽的pH值范围内进行氧化反应，而且固相催化剂更容易分离出来，催化剂的利用率得到了提高，并且避免了传统Fenton反应过程中产生大量铁泥难以处理的情况，因此非均相Fenton体系成为了近几年的研究热点。然而，非均相Fenton催化剂仍然存在一些不足，如：体系铁离子溶出造成二次污染；催化剂活性需进一步提高；大部分非均相Fenton法研究尚处于实验室阶段，需要加强实际废水处理的应用研究等。

将Cu²⁺用作Fenton反应的催化剂可以起到催化的效果，但效果并不是很理想，大量的研究表明，将Cu²⁺中掺杂其他过渡金属离子可以有效的拓宽Fenton反应的pH适用范围，增加催化剂中有效的催化成分，提高Cu²⁺的催化效率。中国专利“一种基于火山石为载体的中性高级氧化催化剂及其制备方法”(申请号：201610016430.1；公开日：2016年6月22日)是将过渡金属离子(Cu²⁺、Mn²⁺)负载在火山石上制成催化剂，其中过渡金属离子能够催化H₂O₂产生羟基自由基，从而达到非均相Fenton的目的。但是，催化剂上负载的过渡金属离子在反应过程中易流失，使得随着反应的进行催化性能不断减弱，并且Mn²⁺的迅速流失会加快Cu²⁺催化性能的减弱。中国专利“一种类Fenton催化剂的制备方法及用途”(申请号：201510844240.4；公开日：2016年2月10日)是利用硝酸钴和硝酸铜进行固体催化剂的制备，其一定程度上拓宽了pH的适用范围，解决了铁泥产生的问题。但是铜和钴的结合对于催化性能的提高并不是特别明显，而且钴对于健康有一定的危害，如其会对皮肤造成过敏性或刺激性皮炎，因而残留于水中的钴会对人体的健康不利，不可避免会造成二次污染。总体来说，Cu²⁺对于H₂O₂的催化能力有限，简单的与其他离子结合会出现催化剂中能起到催化性能的成分有限、Fenton反应的效果并不是很理想等问题，而且离子的流失问题突出，尤其是结合离子的流失会造成Cu²⁺催化性能的大幅度下降，因此要想利用Cu²⁺进行催化，就必须开发能够增强其催化性能的新方法或与其他种类催化剂配合使用。