[发明专利]一种铁柱撑蒙脱石复合催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种铁柱撑蒙脱石复合催化剂的制备方法和应用，本发明通过科学调配蒙脱石和铁柱撑剂的配比，并经过合理的煅烧(有氧条件下的低温煅烧)后制备得到的铁柱撑蒙脱石复合催化剂不仅蒙脱石保持较完整的表面结构形貌，同时出现结晶较好的赤铁矿，从而提高原始材料的导电性能，而且保留了一定量和一定强度的表面羟基，进而能在水相中与亚铁作用形成高还原活性的Fe(Ⅱ)表面配合物，更有利于降解硝基芳烃类污染物，解决了硝基酚类废水的污染问题。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种铁柱撑蒙脱石复合催化剂的制备方法和应用。

背景技术

科技的进步不仅为人们带来了许多便利，而且还可提供丰富多彩的物品，但人们在享受现代化成果的同时，却往往会在生产和生活中产生大量的废气废液固体废物，亦即污染物。污染物的不合理排放，使得有害物质随雨水进入土壤、进入河流、进入汪洋、进入动植物体内。在环环相扣的生态系统中，有害物质污染将很可能引起生态破坏，因此必须引起人们的高度关注。水是生命之源，水体污染不仅会诱发疾病，危害人体健康，而且还会影响社会生产力，从而导致经济效益降低，并增加净水工艺成本和降低出水水质。

在土壤/水体污染中，硝基芳烃类就是其中一类难降解的有毒有害化学品，其硝基(-NO₂)因强吸电子作用而增强化合物的生化稳定性，目前被广泛用作燃料、农药、医药、染料、橡胶、塑料助剂及石油化工等多种合成化合物的中间体。其中，硝基酚类及其衍生物对生物体具有显著的致突变性和致癌性，并且还能够引起神经系统异常症状、贫血、肝脏疾病等，由于它们可以通过多种途径进入到水环境中，比如可以通过染料从纺织行业和染坊的工业废水排放到水体和土壤中，而随着“快时尚”潮流服饰生产的快速增长，染料废水也迅速增多，导致硝基酚类及其衍生物在河流水体中被广泛检出，给当地居民的健康和生物安全带来了不可磨灭的风险或危害。当前，这些毒物已被列为优先控制污染物。因此，为了有效减缓或消除硝基芳烃类对环境的危害，寻找高效、低成本的治理技术具有重要的现实意义。

目前，对含硝基化合物污水的处理方法主要有四种：物理法，化学法、生物法，以及联用技术。单独采用物理法、化学法或生物法处理硝基酚类废水均存在一定局限性，所以目前大部分污水处理厂会采用联用技术，以达到最佳出水效果，并满足处理的成本预算。虽然上述四类处理方法均可以快速去除环境中残留的硝基芳香化合物污染物，但这些方法都只适用于原位修复可能存在的硝基芳香化合物污染物，而不能对沉积在河流底泥、土壤和地下含水层等缺氧条件的硝基芳香化合物污染物进行有效的处理。因此，迫切需要研制一种既能够在实际环境条件下运用，又不会引入新污染物的污水处理方法。

蒙脱石(Mt)是一种具有2:1型层状结构的黏土矿物，且其价格低廉、储量丰富，由于蒙脱石的基面和边缘都具有酸和Lewis酸，其在酸催化反应中对高选择性有机物转化起着重要的促进作用；同时，蒙脱石细粒的黏土颗粒能使单位质量的表面积增加，即更小的粒径(0.002-0.001mm)使其具有更高的表面积。因而蒙脱石可以作为一种优良的基底材料应用于制备催化剂材料。但现有方法制备的铁柱撑蒙脱石(FPMt)材料的表面存在很多酸位，这些酸位会与硝基酚污染物共同竞争电子，从而不利于催化还原过程。

酸活化、加热、阳离子固定等处理方式，将极大地影响黏土矿物的表面性质(包括表面电荷、酸度、结构等)，从而影响其实际的应用潜力。特别注意的是，加热处理不仅会改变蒙脱石的层状结构和表面性质，而且对负载的铁氧化物晶体的生长也是必不可少的。但是过高的温度会破坏蒙脱石层状结构和表面官能团，从而不利于氧化还原反应。

基于硝基芳烃类化学结构的氧化特性，并结合前人研究发现的矿物表面催化促进Fe(II)还原性能，拟构筑矿物表面催化驱动亚铁还原转化硝基芳烃类污染物的治理系统。同时考虑到蒙脱石可以作为支撑材料，本专利旨在研制优化铁柱撑蒙脱石复合材料的制备方法。

现在也报道了一些制备铁柱撑蒙脱石(FPMt)的方法，但制备出来的铁柱撑蒙脱石的表面均存在很多酸位，这些酸位将与硝基酚污染物共同竞争电子，不利于催化还原过程。

发明内容