[发明专利]一种含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料在废水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料在废水处理中的应用，其过程为将氧化剂和所述的催化材料投加到被处理的废水中。该催化材料通过在迈科烯‑细菌纤维素复合材料上负载铑和羟基氧化铁得到。本发明利用细菌纤维素原位固定迈科烯，解决了羟基氧化铁因分子表面团聚而造成大量活性位点无法暴露的问题。同时，细菌纤维素的存在使得催化材料的回收循环使用变得更加便利。此外，本发明利用迈科烯和铑显著增强了羟基氧化铁的反应活性：迈科烯对于污染物分子具有富集作用，有利于后续催化反应的进行；迈科烯的独特结构使得其可与羟基氧化铁产生相互作用，并使得催化反应过程的电子转移变得更为便利，达到提高催化剂反应效率的目的。

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域；具体涉及一种含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料在废水处理中的应用。

背景技术

随着工业的发展，工业废水中活性染料、酚类和亚硝酸盐等有机物污染的处理成为一个解决的问题；现有技术中有使用羟基氧化铁作为有机物降解催化剂的记载；但是，由于羟基氧化铁易发生分子表面团聚，导致羟基氧化铁存在催化活性较低的问题。

迈科烯（MXene）是一种新型的二维类石墨烯碳化物/氮化物纳米层状材料，自2011年由美国德雷塞尔大学的Gogotsi教授和Barsoum教授发现以来，这种新材料得到了研究者的广泛而持续的关注。与单原子结构的石墨烯相比，迈科烯结构中同时含有过渡金属元素和碳/氮元素，具有更好的稳定性；与此同时，相比于石墨烯单一的C-C原子键合，迈科烯含有共价键、离子键和金属键等混合价键。这些区别使得迈科烯比石墨烯具有更加丰富可调的潜在性能。

迈科烯特殊的结构使得其拥有优异的力学性能、表面亲水性、导电性和电化学等性能，在增强型复合材料、储能、储氢、吸附和催化等领域均具有显著的应用价值。例如，将迈科烯用作聚乙烯、聚二甲基硅氧烷和聚乙烯醇等高分子材料的增强相已被广泛报道，添加少量的迈科烯即可显著地增强高分子材料的力学性能。特别地，迈科烯由于其独特的二维层状结构和较大的比表面积而成为功能性分子的理想载体材料。研究人员已成功实现碳纳米管、二氧化钛和氧化亚铜等小分子在迈科烯上的固定化，得到的复合材料可用于光催化、锂离子电池和超级电容器等领域。

需要特别指出的是，迈科烯特殊的二维层状结构使得其具有强烈的堆垛倾向，而这将显著影响材料各项性能。因此，若想充分发挥迈科烯的优异性能，必须先确保其具备良好的分散性。此外，将基于迈科烯的功能材料用于环境净化等领域时，其回收循环使用性能也是必须考虑的因素之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有羟基氧化铁催化剂制备过程复杂、催化效率不够理想和难以重复利用等问题，提供一种新型催化材料在处理活性染料、酚类和亚硝酸盐等工业废水中的应用，以及该催化材料的制备方法。

第一方面，本发明提供一种含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料在废水处理中的应用；过程为将氧化剂和含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料投加到被处理的废水中。所述的含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料，通过在迈科烯-细菌纤维素复合材料上先后负载羟基氧化铁和铑得到。羟基氧化铁在迈科烯-细菌纤维素复合材料上的负载通过将迈科烯-细菌纤维素复合材料浸入调节至酸性的三价铁盐溶液中加热反应实现。

作为优选，工业废水中含有活性染料（即含有活性基团的染料）、酚类和亚硝酸盐中的若干种。

作为优选，所述工业废水中的有机污染物为活性红2。

第二方面，本发明提供一种含铑的羟基氧化铁负载迈科烯催化材料，其通过在迈科烯-细菌纤维素复合材料上先后负载羟基氧化铁和铑得到。羟基氧化铁在迈科烯-细菌纤维素复合材料上的负载通过将迈科烯-细菌纤维素复合材料浸入调节至酸性的三价铁盐溶液中加热反应实现。

作为优选，所述的迈科烯-细菌纤维素复合材料通过将醋杆菌加入含有迈科烯的细菌纤维素培养液中，培养得到。

作为优选，所述的三价铁盐溶液采用三氯化铁水溶液。