[发明专利]一种多相催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多相催化剂的制备方法，涉及催化剂技术领域。本发明所述多相催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)制备氮化碳纳米片：将尿素焙烧，得到氮化碳纳米片；(2)将盐酸多巴胺、步骤(1)中制备得到的氮化碳纳米片和Fe源依次加入磷酸缓冲液中，搅拌溶解，超声，得到混合液A；(3)将步骤(2)中制备得到的混合液A在20‑25℃下搅拌5h以上，得到固体产物B；(4)将步骤(3)中制备得到的固体产物B，洗涤、干燥，得到固体产物C；(5)将步骤(4)中制备得到的固体产物C在惰性气体下焙烧，降温后得到所述多相催化剂。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其是一种多相催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着石油化工、农药、医药等产业的高速发展，不同种类的生产废水和生活污水尚未达标，便直接排入了地表水体，导致了严重的水污染，加剧了水资源短缺的矛盾，严重影响到居民饮水安全和身体健康。在现有高级氧化水处理技术中，均相芬顿反应(Fe²⁺+H₂O₂)因其反应中Fe²⁺能迅速活化H₂O₂，产生强氧化性的^·OH而广泛应用于水中难降解有机污染物的降解，以提高废水可生化性。然而，在实际工程中，该技术因反应条件苛刻，pH适用范围窄(2～3)、反应后产生铁泥等缺陷而面临诸多限制。因此，有必要进行多相芬顿催化剂的研发。经研究发现，多相芬顿反应不仅具有高效的污染物降解能力，而且能克服经典的均相芬顿反应所存在的诸多瓶颈，实现活性组分固载化，使催化剂易于回收，可大大降低水处理的成本。

然而，多相芬顿催化剂目前仍存在催化剂稳定性较低以及H₂O₂利用率较低等问题。有学者发现，通过“金属-载体”间的原位掺杂可使活性组分与载体发生络合，提高催化剂的稳定性。但在传统的络合方法中，催化剂的活性组分容易包裹在催化剂内部结构中，无法充分与H₂O₂和污染物接触。此外，在反应过程中过量的H₂O₂会被产生^·OH氧化，产生超氧自由基(^·O₂^-)，并且^·O₂^-在体系中最终被分解为O₂，导致其有效利用率低，造成浪费。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种使用聚多巴胺修饰氮化碳载体络合活性组分(Fe)，同时，操作简便、成本低，制得的催化剂催化性能稳定的多相催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种多相催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备氮化碳纳米片：将尿素焙烧，得到氮化碳纳米片；

(2)将盐酸多巴胺、步骤(1)中制备得到的氮化碳纳米片和铁源依次加入磷酸缓冲液中，搅拌溶解，超声，得到混合液A；

(3)将步骤(2)中制备得到的混合液A在20-25℃下搅拌5h以上，得到固体产物B；

(4)将步骤(3)中制备得到的固体产物B，洗涤、干燥，得到固体产物C；

(5)将步骤(4)中制备得到的固体产物C在惰性气体下焙烧，降温后得到所述多相催化剂Fe-GP@CN。

本发明提供了一种Fe表面修饰碳氮纳米片催化剂的合成方法。用尿素制备氮化碳、盐酸多巴胺(PDA)作为碳源，FeCl₃作为铁源，通过自聚合及高温焙烧过程合成目标催化剂。