[发明专利]一种非均相微波响应芬顿催化剂及其制法

说明书

本发明公开了一种非均相微波响应芬顿催化剂，包含以下重量份数的组分：25～37.5份Fe₃O₄，25～37.5份CuO，25～50份BiOBr，芬顿催化剂为纳米颗粒。本发明还公开了一种非均相微波响应芬顿催化剂的制备方法，包含以下步骤：制备到FeCl₃和FeSO₄·7H₂O混合溶液；制备纳米Fe₃O₄‑CuO颗粒；制备纳米BiOBr颗粒；将纳米BiOBr颗粒、纳米Fe₃O₄‑CuO颗粒与水超声混合，离心清洗烘干，得到纳米Fe₃O₄‑CuO‑BiOBr颗粒。本发明将具有超高氧化能力的非均相芬顿氧化法和超高升温效率的微波催化降解相结合，实现了低能耗的氧化降解协同高效去除硝化废水。

技术领域

本发明涉及催化剂及其制法，具体为一种非均相微波响应芬顿催化剂及其制法。

背景技术

高级氧化法是近年来广受关注的污染物降解技术之一。其基本特点是，以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂与有机物发生反应，所产生的有机自由基能够继续参加·OH的链式反应，或通过生成的有机过氧化物自由基，继续发生氧化分解直至污染物矿化为最终产物CO₂和H₂O。芬顿反应法是其中应用最为广泛的高级氧化法之一，芬顿反应的主要原理是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下产生·OH对有机污染物进行降解。由于芬顿反应使用的H₂O₂和铁系化合物价格都相对低廉，因而芬顿氧化法处理废水具有巨大的应用和研究价值。但是传统的芬顿反应一般反应速率较慢，而且存在反应pH范围偏酸较小，Fe(II)难以重复利用，容易造成二次污染等缺点。为了解决传统芬顿反应的诸多弊端，许多研究者提出多种类芬顿工艺。孟丽平等构建了一种新型的Fe₃O₄-CuO非均相催化剂，在pH＝8的条件下实现了对染料废水的降解，并取得了较好的收率。

微波是一种频率范围为300MHz-300GHz的电磁波。由于其独特的内部加热机制和较高的加热效率，许多研究者考虑将微波和芬顿降解工艺结合起来，并应用于废水降解，土壤修复以及垃圾处理等领域中。CN103214059A设计了一种微波-芬顿联合有机化工废水处理一体机，利用微波对芬顿试剂的催化作用，有效降低了有机化工废水中难降解有机物并实现了废水达标排放。但是该装置使用的是传统的Fe(II)金属离子催化剂，容易产生铁泥并进而造成二次污染。

目前，针对于工业应用的高微波响应特性的催化剂的研究和开发还不够充分。CN104549279A公开了一种微波辅助芬顿催化剂并应用于甲基橙印染废水降解中。该催化剂将α-氧化铁活性组分通过浸渍法包覆到碳纳米管上，然后将催化剂放入甲基橙废水中，加入适量H₂O₂，采用微波辐照进行降解。但催化剂的制备方法成本较高(使用甲烷进行气相反应，同时引入LaNO₃作为前驱体)制备的反应条件较为苛刻(需要300-500℃高温煅烧)，氧化剂的消耗过大，应用于工业废水处理上成本较高。

总的来说，现有应用于废水降解的芬顿催化剂，Fe(II)金属离子容易产生铁泥并进而造成二次污染，制备方法成本较高，反应条件苛刻，氧化剂消耗过大，对微波能量利用较低，微波响应特性有待进一步提高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种磁回收性好、可循环利用的非均相微波响应芬顿催化剂，本发明的另一目的是提供一种简单方便的非均相微波响应芬顿催化剂的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种非均相微波响应芬顿催化剂，包含以下重量份数的组分：25～37.5份Fe₃O₄，25～37.5份CuO，25～50份BiOBr，芬顿催化剂为纳米颗粒。