[发明专利]一种介孔磁铁矿基类Fenton催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理催化剂制备技术领域，特别涉及一种介孔磁铁矿基类Fenton催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，基于硫酸根自由基（SO₄^?·）的高级氧化技术受到国内外的青睐。过硫酸盐（S₂O₈^2?，PS）或者过硫酸氢盐（HSO₅^?，PMS），都可以被紫外光、热、过渡金属等激活产生SO₄^?·。在这些激活方式中，过渡金属离子激活由于能耗少、费用低，应用更加普遍。然而，均一相铁盐或钴盐的催化活性受pH值影响大，不能回收利用，且存在潜在毒性。

目前，国内外报道了磁铁矿（Fe₃O₄）被广泛用作高级氧化技术中的多相催化剂。Fe₃O₄是一种性能优良的异相类Fenton反应催化剂，能催化分解PS或PMS产生硫酸自由基、羟基等，以降解废水中的生物难降解有机污染物。该催化剂具有环境友好、易于磁分离且价廉等优点，但是其催化效果并不能令人满意，存在催化活性低、氧化剂利用率低和有机物降解不彻底等问题。为提高其催化性能，人们在Fe₃O₄中添加过渡金属如Mn、Cr、Co等，或者在表面包覆腐殖酸、EDTA、聚（3,4-乙撑二氧噻吩）等。

氧化还原介体作为电子传递体，可通过其氧化态与还原态的循环转换加速电子由初级电子供体到最终电子受体的传递，从而使反应速率提高一个到几个数量级。天然有机质、多金属氧酸盐、活性炭和醌类物质等均可以作为氧化还原介体，已经成功应用于氧化降解水中有机污染物。其中醌类物质具有电子转移速率快、可逆性好等优点，能够使Fe³⁺向Fe²⁺快速转化，从而提高Fenton反应的氧化效率。

在类Fenton体系中，加入水溶性醌类物质（如对苯二酚）虽然能够有效提高有机污染物的降解率，但是由于其不能回收，会造成环境污染。为克服二次污染和连续投加醌类物质成本增加等问题，人们制备了固定化醌类物质（如海藻酸钙包埋的蒽醌、掺杂于聚吡咯和聚氨酯中的蒽醌等），发现固定化醌类物质同样具有较好的电子传递能力和氧化还原可逆性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种催化活性高、稳定性良好、易回收、环境友好且价廉的介孔磁铁矿基类Fenton催化剂的制备方法，并应用于降解废水中有机污染物。

本发明的技术方案是采用化学氧化聚合方法，制备介孔磁铁矿表面包覆多聚苯酚的类Fenton催化剂，以高效催化分解过硫酸盐氧化降解水中有机污染物。

本发明的介孔磁铁矿基类Fenton催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）介孔磁铁矿的制备。将FeCl₃?6H₂O（2.6g）、柠檬酸钠（1.0g）以及醋酸钠（4.0g）溶解在80mL乙二醇溶液中，混合物强烈搅拌30min，然后封装在聚四氟乙烯的反应釜中，200 ^oC下反应8 h，冷却到室温下，所得黑色固体分别用乙醇、去离子水洗涤数次，50 ^oC真空干燥。

（2）多聚苯酚/磁铁矿（PHQ/Fe₃O₄）的制备。将1,4-对苯二酚和介孔磁铁矿加入到去离子水中，再加入FeSO₄·7H₂O水溶液，充分混合后，再在l h内滴加30%过氧化氢水溶液。空气气氛下，保持恒定的搅拌速率，在20～90^oC水浴中反应24 h。反应结束后，将反应液进行离心洗涤，直至上层离心液为无色或浅黄色。最后将得到的黑色沉淀在50 ^oC真空干燥箱中干燥24 h。

本发明的介孔磁铁矿基类Fenton催化剂，其特征在于所述类Fenton催化剂中聚对苯二酚包覆于磁铁矿表面，1,4-对苯二酚与Fe₃O₄的质量比为0.01:1～1:1。

所述类Fenton催化剂制备中水浴温度为20～90 ^oC。