[发明专利]一种芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种芬顿催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤，a将前驱体FeCl₃·6H₂O研磨成粉末；b将前驱体FeCl₃·6H₂O粉末置于坩埚中密封；c将所述步骤b中密封装有前驱体氯化铁粉末的坩埚置于烘箱中煅烧；d将所述步骤c中煅烧后的坩埚自然冷却至常温，将坩埚底部烧结形成的固体取出并研磨成粉末，清洗，烘干。本发明的芬顿催化剂的制备方法反应时间短，条件温和，原料少，易于大规模工业生产,制得的催化剂在芬顿反应中，对pH值适用性强，在中性pH条件下仍然具有高效的催化活性。

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种芬顿催化剂的制备方法，以及采用该方法制得的芬顿催化剂，进一步地，还涉及该芬顿催化剂的应用。

背景技术

芬顿反应是指，在酸性条件下亚铁离子可与过氧化氢发生均相催化反应，生成强氧化性的羟基自由基。反应产物羟基自由基可进一步将水中有机污染物直接氧化分解成CO₂和水，因此该反应常被用于有机污染水体的处理和处置。一般来说，均相芬顿反应速率主要受以下因素影响：1)溶液pH条件，即亚铁离子与过氧化氢在pH＝3时具有最大的反应速率，但在pH中性条件下几乎不发生反应；2)亚铁离子的氧化产物三价铁离子与过氧化氢的反应速率很低，不仅减缓了铁物质的循环，又会形成铁的絮凝体从溶液中析出，易造成铁的二次污染问题。

近年来，可替代亚铁离子的非均相芬顿催化剂的研制受到越来越多的关注。此类催化剂具有与亚铁离子相近的催化效力，可高效催化过氧化氢产生羟基自由基。例如申请号为CN201610843498.7和CN201610845646.9的中国发明专利，二者均利用非均相催化剂的特殊理化性质或结构特征，调控参与催化反应的铁离子的释放，促进铁的循环利用，实现催化剂的高效回收，减少不必要的铁的二次污染，提高过氧化氢利用率。同时，非均相芬顿催化的反应条件相比较均相芬顿催化反应而言更温和，催化过程基于催化剂表面结构，不涉及离子的释放和流失问题，因此具有更广泛的pH适用性，极具应用前景。

但是，上述发明的非均相芬顿催化剂虽然在一定程度上扩大了芬顿催化反应的pH适用性，但在中性条件下的催化效率仍与其在酸性条件下有较大差距。因此，克服非均相催化剂中性条件下催化性能弱，研发可在中性条件下高效催化过氧化氢生成羟基自由基的非均相芬顿催化剂具有十分重要的应用前景和价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在中性pH条件下具有高效催化活性的氯氧铁非均相催化剂的制备方法，该方法反应时间短，条件温和，原料少，易于大规模工业生产。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种芬顿催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤，

a将前驱体FeCl₃·6H₂O研磨成粉末；

b将前驱体FeCl₃·6H₂O粉末置于坩埚中密封；

c将所述步骤b中密封装有前驱体氯化铁粉末的坩埚置于烘箱中煅烧；

d将所述步骤c中煅烧后的坩埚自然冷却至常温，将坩埚底部烧结形成的固体取出并研磨成粉末，清洗，烘干。

上述芬顿催化剂的制备方法，其中，所述步骤b中，前驱体FeCl₃·6H₂O粉末与坩埚的体积比为0.1-0.2。

上述芬顿催化剂的制备方法，其中，所述步骤c中，所述密封装有前驱体氯化铁粉末的坩埚在烘箱中的煅烧温度为140-220℃。

上述芬顿催化剂的制备方法，其中，所述步骤c中，所述密封装有前驱体氯化铁粉末的坩埚在烘箱中的升温速率为1-10℃/min。