[发明专利]一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂及其合成方法与应用，该催化剂的合成方法包括如下步骤：将铜源溶解到水中形成溶液A；将CTAB和硫脲同时加入乙二醇中，搅拌至溶解，制得溶液B；将溶液A与溶液B混合均匀，形成混合液；混合液置于120～160℃下进行水热反应；自然冷却后，将固体产物过滤，洗涤，烘干得到表面有机络合硫化铜芬顿催化剂。本发明的催化剂表面具有较多活性缺陷位点，其活性组分极大暴露在催化剂表面，具有对污染物和H₂O₂的易接触性，不受空间位阻效应和毛细现象的明显影响；反应过程不需要将酸碱度调至苛刻条件，在中性室温条件下对于难生物降解的有机污染物的降解就具有很好的效果。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂及其合成方法与应用。

背景技术

芬顿催化水净化技术的原理是以过氧化氢(H₂O₂)在催化剂的作用下分解，产生氧化性极强的羟基自由基(·OH)与有机污染物发生反应，最终使有机污染物氧化分解为CO₂、H₂O和无机盐等无污染的小分子。

相比于经典均相芬顿催化技术，多相芬顿催化技术具有催化剂易于分离和重复利用、易于与其他废水处理技术联用、不产生铁泥等优点。与光催化和催化臭氧化等高级氧化技术对比，多相芬顿催化技术具备易操作、低成本、仪器设备要求低等优点。

但目前多相芬顿催化剂大多都是依靠单一活性位的氧化和还原来完成其催化反应，仍存在多相芬顿催化剂低活性、差稳定性以及低过氧化氢(H₂O₂)利用率等问题。开发新型高效多相芬顿催化水处理技术克服以上问题迫在眉睫。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂的合成方法。用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂，以铜类化合物(具体可为CuSO₄、CuCl₂、Cu(NO₃)₂等)作为铜源，将两者与硫脲相反应来生成催化剂活性组分——CuS，再通过水热反应过程合成目标催化剂。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的表面有机络合硫化铜芬顿催化剂，该催化剂利用CTAB的络合特性，使CTAB与CuS表面发生络合，构建更加强烈的金属有机配合结构，进而实现芬顿反应中电子的快速传递与转移，提高其在芬顿反应中活性；该催化剂形貌成捧花状，表面为多孔结构，这就导致催化剂表面的活性位点也明显增多，污染物和H₂O₂能够充分与活性位点接触，进而提高了其在芬顿反应中的反应活性。

本发明的再一目的在于提供上述的表面有机络合硫化铜芬顿催化剂在对内分泌干扰素双酚A(BPA)、医药类物质环丙沙星(CIP)、苯妥英(PHI)以及染料类物质酸性橙7(AO7)、罗丹明B(RhB)等有机污染物的催化降解中的应用，这种催化降解活性和效率明显高于常规的多相芬顿催化剂。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂的合成方法，包括如下步骤：

(1)将铜源溶解到水中形成溶液A；

所述的铜源为CuSO₄、CuCl₂或Cu(NO₃)₂中的一种以上；

(2)将CTAB和硫脲同时加入乙二醇中，搅拌至溶解，制得溶液B；

(3)将溶液A与溶液B混合，控制铜离子、CTAB与硫脲的摩尔比为1.0:(0.1～2.0):(1.0～3.0)，搅拌50分钟以上，形成混合液；