[发明专利]一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂及其应用

权利要求书

1.一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂，其特征在于所述催化剂为纳米级铋铁氧体晶体组成的纳米结构化铋铁氧体规整团簇体，其制备方法包括以下步骤：

1）将铋盐、铁盐和柠檬酸按照1 : 1~3 :4~9的摩尔比溶于浓度为0.5~3M的HNO₃水溶液中，充分搅拌使混合液中的柠檬酸和Bi/Fe离子之间相互作用形成三核Bi/Fe-柠檬酸盐络合物；其中铁盐在所述HNO₃水溶液中的添加浓度为0.5~3 g/mL；

2）在剧烈搅拌下将浓度为10~15 M的NaOH水溶液快速加入到步骤1）所得混合液中，使混合液中的三核Bi/Fe-柠檬酸盐络合物转化为具有丰富柠檬酸盐表面活性的Bi/Fe复合氢氧化物；其中所述NaOH水溶液与步骤1）中HNO₃水溶液的体积比为20~40 : 1；

3）将步骤2）所得含Bi/Fe复合氢氧化物的混合液转移至油浴锅中，于85~115℃温度下搅拌反应10~16小时，使Bi/Fe复合氢氧化物进行低温脱水生成具有铋铁氧体的固体沉淀；反应结束后冷却至室温，离心分离出铋铁氧体沉淀，所得铋铁氧体沉淀用去离子水洗涤后进行收集；

4）将步骤3）所得铋铁氧体加入到助溶剂中超声分散形成悬浮液，然后在搅拌作用下加入柠檬酸对悬浮液中的铋铁氧体悬浮物进行表面改性，以促进其分散；然后加入尿素搅拌60~180分钟后，将悬浮液转移至水热釜中，再将水热釜置于烘箱中并于160~250℃温度下水热反应10~90分钟；反应结束后冷却至室温，过滤，滤渣经去离子水和乙醇洗涤后，干燥，然后在氮气氛围下210~320℃温度煅烧0.5~4小时，即制得所述的纳米结构化铋铁氧体规整团簇体。

2. 如权利要求1所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂，其特征在于步骤1）中，铋盐为五水硝酸铋，铁盐为九水硝酸铁；步骤4）中，所述助溶剂为甲醇/水体积比为1 : 0.25~4的共溶剂。

3. 如权利要求1所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂，其特征在于步骤4）中的柠檬酸、尿素与步骤1）中铋盐的投料质量比为0.4~0.8 : 3~5 : 0.8~2。

4.如权利要求1所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂在降解有机废水中的应用，其特征在于降解有机废水中的方法为：

所述催化剂与5-甲基吩嗪硫酸甲酯在废水中协同作用形成硫酸根活化催化体系，通过该硫酸根活化催化体系降解废水中的有机物；

或者是催化剂与H₂O₂在废水中协同作用形成可见光芬顿催化体系，通过该可见光芬顿催化体系在可见光驱动条件下降解废水中的有机物；

或者是催化剂置于废水中并在可见光驱动下进行光催化反应，以降解废水中的有机物。

5.如权利要求4所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂在降解有机废水中的应用，其特征在于通过所述硫酸根活化催化体系降解废水中的有机物的具体过程为：将催化剂置于废水中超声分散均匀，然后加入5-甲基吩嗪硫酸甲酯，调节混合液pH值在5~8，搅拌条件下进行催化降解反应；其中催化剂与5-甲基吩嗪硫酸甲酯的质量比为6~10:1。

6.如权利要求4所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂在降解有机废水中的应用，其特征在于通过可见光芬顿催化体系降解废水中的有机物的具体过程为：将催化剂置于废水中超声分散均匀，调节混合液pH值在5~8，于黑暗条件下吸附平衡0.5-2小时后，加入H₂O₂溶液并于可见光照射条件下进行催化降解反应；其中催化剂与H₂O₂的质量比为0.5~2:1。

7.如权利要求4所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂在降解有机废水中的应用，其特征在于催化剂置于废水中并在可见光驱动下进行光催化反应的具体过程为：将催化剂置于废水中超声分散均匀，调节混合液pH值在5~8，于黑暗条件下吸附平衡0.5-2小时后，将混合液置于可见光照射条件下进行催化降解反应。