[发明专利]一种用于高级氧化技术的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于高级氧化技术的CuS‑CuO‑CN过氧化物复合催化剂的制备方法，步骤包括：将有机铜源、硫脲在含羟基的有机溶剂中混合，升温使溶剂挥发，然后升温至400‑500℃保温1‑4h，冷却后研磨，得到用于高级氧化技术的CuS‑CuO‑CN过氧化物复合催化剂。得到了CuS‑CuO‑CN过氧化物复合催化剂，所述复合催化剂的异质结构可以有效改善单体催化的原理缺陷，在无光等外加能量的条件下，可以达到极高的氧化剂利用率。且CuS‑CuO‑CN过氧化物复合催化剂催化性能佳，具有良好的稳定性，具有极佳的pH适用性，在实际废水的处理中具有极强的适应能力，且本发明制备工艺简单，具备良好的工业推广应用前景。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种用于高级氧化技术的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，越来越多的有毒有机污染物排入水体，因其极低的阈值，具有较强的毒理效应及生态危害，严重威胁人类的健康和环境安全。尤其是水体中抗生素等有毒有机污染物，如双氯芬酸钠(Diclofenac Sodium,罗丹明B)的处理日益受到关注，并对现有的水处理技术提出了严峻的挑战。

高级氧化技术(AOPs)因其氧化能力强、选择性小、处理效率高等优点在有毒有机污染物的去除上具有明显优势。基于Fenton高级氧化技术相对于传统技术展现出较大优势。

虽然经典的Fenton反应已被广泛应用于降解污染物，但其pH范围窄、铁泥、二次污染等问题仍然存在，特别是氧化剂的有效利用率低导致其在实际应用中的成本较高，阻碍其广泛应用。

铜具有与铁类似的氧化还原特性，比铁更宽的pH适用范围，最关键的是Cu²⁺被氧化剂还原为Cu⁺的速率常数约为460M^-1s^-1，远远大于铁，且铜物种更容易与溶液中的酚类有机配体发生络合。

氮化碳(CN)是一种新型的非金属材料，拥有独特的二维电子结构，具有良好的物理化学稳定性、热稳定性、低密度、良好的耐磨性，且廉价易得，成为催化领域研究的热点。

因此，结合实际应用中对有毒有机污染物处理的高强度需求，针对经典多相Fenton催化体系的应用问题，以有毒有机污染物的去除为目的，设计构建一种高效、价廉、适用性强的具有重要的工业价值。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种用于高级氧化技术的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂及其制备方法和应用。本发明用一锅法制备可以在广泛pH范围下(3-11)高效催化单过硫酸氢盐的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂，用以解决目前铁基催化剂pH适用范围窄、高价态金属还原速率低、产生铁泥等二次污染、氧化剂利用率低等应用瓶颈。

本发明第一方面提供了一种用于高级氧化技术的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂的制备方法，步骤包括：

将有机铜源、硫脲在含羟基的有机溶剂中混合，升温使溶剂挥发，然后以1-10K/min的升温速率升温至400-500℃保温1-4h，冷却后研磨，得到用于高级氧化技术的CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂。

本发明采用一锅法制备CuS-CuO-CN过氧化物复合催化剂，在含羟基的有机溶剂中混合有机铜源、硫脲，利用有机溶剂中的羟基与Cu²⁺形成络合物，使铜源与硫脲结合作用更强，经一定速率的升温过程后保温，冷却研磨得CuO、CuS与CN复合形成的异质结构催化剂，通过两者费米能级的差异导致电子转移形成极化的异质结电场，促进相界面间电子转移，实现PMS的高效催化。相比于金属Cu掺杂配位的掺杂型催化剂，本发明这种异质结电场促进的电子转移更稳定，效率更高。

优选的，在上述制备方法中，所述过氧化物为过二硫酸盐、单过硫酸氢盐、双氧水或过碳酸盐。