[发明专利]一种调控铁基芬顿催化剂氧化活性物选择性生成的方法

说明书

本发明公开了一种调控铁基芬顿催化剂氧化活性物选择性生成的方法，属于高级氧化催化技术领域。所述催化剂是由盐A和盐B经过共沉淀反应后的产物进行梯度热解处理得到；所述盐A包括铁盐；所述盐B中的阳离子包括除铁以外的其他金属离子；所述梯度热解处理的升温速率为5℃/min～15℃/min，且热解处理后与处理前的温差为60℃～480℃；所述盐A中铁元素摩尔量为A1，盐B中除铁以外的其他金属离子摩尔量为B1；通过调节A1/B1来控制催化剂催化氧化活性物的生成种类。本发明能将芬顿反应体系中的羟基自由基或高价铁贡献率控制在80％以上，从而达到氧化活性物的种类选择性控制的目的。

技术领域

本发明属于高级氧化催化技术领域，特别涉及一种调控铁基芬顿催化剂氧化活性物选择性生成的方法。

背景技术

非均相芬顿过程中会生成羟基自由(HO·)，单线态氧(¹O₂)和高价铁(Fe(IV)/Fe(V))等氧化活性物种。这些活性物种的生成路径各有不同，并且它们的作用机制上也有很大差异。HO^·的强氧化性和亲电加成性能使它被广泛应用于环境污染治理过程中；¹O₂对不饱和键的强选择性和良好的抑菌效果能够在化学合成和医学治疗过程中起到关键作用；对于在非均相催化剂界面Fe(IV)/Fe(V)所发生的界面氧化过程，由于受其表面电荷和亲疏水性等性能的影响，使得它可以实现对部分有机物的选择性氧化。虽然这些活性物种在催化领域的作用机制研究取得了一定的进展。但是，如何根据不同需求选择性调控生成特定的活性物种，目前还缺乏系统有效的技术手段。

铁氧化物作为一种廉价、高效的非均相芬顿催化剂而被广泛用于高级氧化催化领域。通过调控非均相芬顿反应体系中铁催化位点的化学微环境、改变轨道电子转移途径，能够实现控制氧化活性物种的选择性生成。常见的铁基非均相芬顿催化剂制备方法主要包括溶剂热法和化学沉淀法等方式。但是，这些方法制备获得的纳米铁氧化物颗粒表面形貌和晶体结构有很大的区别，进而难以控制催化中心化学特征，使得原材料相同的铁基催化剂体系内能够检测到不同的活性物种。鉴于上述原因，相关学者对非均相芬顿反应体系中活性物种的生成机制认知存在较大分歧，并且缺乏对非均相芬顿过程中活性物种选择性生成调控的方法。

经检索，现有技术中公开了相关的申请案：

例如中国发明专利CN108940310B公开的一种Pd/Fe@Fe₃O₄复合催化剂及其制备方法与应用，其具体公开了采用生物法与化学法结合制备出颗粒尺寸大约9nm左右的Pd/Fe@Fe₃O₄复合催化剂，通过调控零价铁周围氧化还原环境促进芬顿过程中HO^·的生成。中国发明专利CN112264094A公开了一种可再生的非均相类芬顿催化材料制备方法，其以介孔分子筛为载体，通过对分子筛表面进行磺酸化修饰，增强活性组分在载体上的分散性和结合力，进而提高芬顿反应的HO^·的生成量。又如中国发明专利CN103708651B公开的一种高氯碱性难降解废水的处理方法，其通过高铁酸氧化反应中产生的氧化活性物铁氧自由基或高价铁中间体，从而实现对高氯碱性废水中难降解组分的有效去除。由此可见，上述现有技术文件中均是获得某种单一的氧化活性物，通过提升氧化活性物的生成含量促进其对不同有机物的降解效率；而想要实现氧化活性物选择性调控的前提是能够生成多种氧化活性物种，其次再对某种特定的氧化活性物进行调控，因此生成的氧化活性物单一的催化剂可能就不具备调控的可能性。