[发明专利]一种过渡金属纳米氧化酶、制备方法及水处理装置和应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属纳米氧化酶、制备方法及水处理装置和应用，涉及纳米催化剂领域，所述过渡金属纳米氧化酶的活性位点表示为M‑N‑C,M为Fe，Co，Cu，Mn，Zn，Ni，Ti，Zr，Mo中的一种或几种；该氧化酶具有类铂催化剂性质，直接催化氧气对有机物进行氧化。本申请中过渡金属纳米氧化酶在用于地表水污染处理时，相比于传统水处理催化剂，在反应中不产生羟基自由基，并且不需要额外添加臭氧、过氧化氢和过硫酸盐等氧化剂，除曝气和水泵所需能量外，不需要额外的能量输入，大大降低了药剂和能源成本，达到了高效处理地表水中天然有机污染物的目的。

技术领域

本发明涉及纳米催化剂领域，特别是涉及一种过渡金属纳米氧化酶、制备方法及水处理装置和应用。

背景技术

纳米酶是一类具有高催化活性的纳米催化剂，相比天然酶具有更高的环境耐受性、稳定性，以及更低的制备、储存和使用成本；相比于传统催化剂，纳米酶具有更高的催化活性，同时能够在温和的条件下进行催化；同时，纳米酶还具备易修饰、易负载和易回收等优点。目前研究较多的是纳米过氧化物酶和纳米氧化酶，其中纳米氧化酶由于可以利用自然存在的氧气作为底物进行催化氧化，因此备受各领域关注。

地表水中的天然有机污染物是水处理领域中广泛存在的一类污染物，会对水质造成严重影响。例如，水源水中的天然有机污染物的升高会造成饮用水处理成本的增加，主要表现为增加絮凝投药量，加速造成严重的膜污染，生成大量消毒副产物等；而对于自然水体来说，天然有机污染物的升高不仅会造成例如恶臭、颜色变化、微生物含量升高等水质问题，还会对水生生物造成影响，最终导致生态问题。因此，去除水中天然有机污染物具有重要意义。天然有机物由蛋白类物质、多糖和水溶性腐殖质组成，其中水溶性腐殖质占总质量的80%以上，因此去除腐殖质含量是降低地表水中天然有机物的重要因素。

现有水处理技术对水溶性腐殖质去除率有限，而已有的纳米氧化酶和多数氧化技术的使用条件都为酸性，难以直接用于地表水处理。以上问题导致目前迫切需要一种兼顾效率和成本的水溶性腐殖质的去除技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种过渡金属纳米氧化酶、制备方法及水处理装置和应用，以解决上述现有技术存在的问题，该过渡金属纳米氧化酶在用于地表水污染处理时，相比于传统水处理催化剂具有更强的酸碱耐受性和环境稳定性，在反应中不产生羟基自由基，并且不需要额外添加臭氧、过氧化氢和过硫酸盐等氧化剂，除曝气和水泵所需能量外，不需要额外的能量输入，大大降低了药剂和能源成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的目的之一是提供一种过渡金属纳米氧化酶，其活性位点表示为M-N-C,M为Fe，Co，Cu，Mn，Zn，Ni，Ti，Zr，Mo中的一种或几种；

本发明中过渡金属纳米氧化酶活性中心通式为M-N-C，代表性结构为N••FeN₄-C_n；过渡金属纳米氧化酶中还可以通过在前体中使用含有O、P、S元素的物质，在纳米氧化酶表面形成电负性基团，造成酸性微环境。

本发明的目的之二是提供一种上述过渡金属纳米氧化酶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将过渡金属纳米氧化酶前体在保护性氛围中进行加热处理，2-10℃/min升温，600-800℃条件下保温3-6h后自然降温；

（2）将步骤（1）所得产物经酸洗后再用水洗至中性并烘干。

进一步地，所述过渡金属纳米氧化酶前体为金属有机框架材料前体、可溶性金属盐类与有机胺类混合物前体、或可溶性金属盐类与天然材料混合物前体；

所述金属有机框架材料前体包含所述过渡金属，并包含C、N元素及O、S、P元素中的一种或几种；

可溶性金属盐类包含所述过渡金属；