[发明专利]Gd、Pr或Yb掺杂类芬顿催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种Gd、Pr或Yb掺杂类芬顿催化剂的制备方法及其在降解有机污染物方面的应用，属于水处理技术领域。

背景技术

由Fe²⁺和H₂O₂组成的芬顿试剂能够产生强氧化性羟基自由基，可以有效去除水中有毒或难降解的有机污染物，是一种被广泛采用的高级氧化水处理技术。但是在实际应用中存在以下不足：简单的芬顿反应必须在pH值为2-3的酸性介质中进行，极低的酸度要求增加了水处理成本，限制了芬顿试剂的使用。

类芬顿技术是在芬顿反应的基础上产生的一种新的氧化技术，从广义上讲可以把除芬顿法外，其余的通过H₂O₂ 产生羟基自由基处理有机污染物的技术称为类芬顿试剂法，其基本原理类似于芬顿反应，在处理有机污染物的过程中起主要作用的仍是羟基自由基。目前其研究主要分为两方面，一方面将紫外光、电流等引入芬顿体系，另一方面使用其它过渡金属离子替代Fe²⁺。引入紫外光可以大大提高对有机污染物的降解效率，但太阳光中紫外光仅占3%-5%，所以实际生产中应用前景不大。电芬顿技术增加能耗，同时易产生铁盐的二次污染及铁泥的后续处理问题。目前有的研究人员使用Fe³⁺、Mn、Cu等代替Fe²⁺，使最佳pH值范围比芬顿体系略宽，但是反应速率却低于芬顿反应，处理效果也不及芬顿反应。

发明内容

本发明针对现有类芬顿体系存在的反应水体pH值范围窄、反应速度慢等不足，提供一种适应pH值范围宽、反应速度快的Gd、Pr或Yb掺杂类芬顿催化剂的制备方法，该方法制备过程简单，制备的类芬顿催化剂与H₂O₂和可见光组成的类芬顿体系可高效去除水中有毒或难降解的有机污染物。

本发明的Gd、Pr或Yb掺杂类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将NH₄VO₃（偏钒酸铵）溶于蒸馏水中，缓慢加热直至NH₄VO₃完全溶解，配制成NH₄VO₃浓度为0.04 mol/L的溶液；再用蒸馏水配制浓度为0.2 mol/L的Fe(NO₃)₃（硝酸铁）溶液；

（2）在磁力搅拌下，用滴管将配制好的Fe(NO₃)₃溶液逐滴加入到NH₄VO₃溶液中，使V和Fe的摩尔比为1:1，滴加完后磁力搅拌0.5小时，得到含有FeVO₄的溶液；

（3）在磁力搅拌下，将Gd(NO₃)₃（硝酸钆）或Pr(NO₃)₃（硝酸镨）或Yb(NO₃)₃（硝酸镱）溶液逐滴加入步骤（2）制备的溶液中，滴加完后磁力搅拌0.5小时，不调节溶液pH值或调节pH值至中性，制成前躯体溶液，前躯体溶液中掺杂的Gd、Pr或Yb质量为步骤（2）中生成的FeVO₄质量的0.2%-5.0%；

（4）将前躯体溶液转移至高压水热反应釜中，在80℃-150℃水热反应2小时-8小时，待高压水热反应釜冷却到室温后离心分离，得到沉淀物，将沉淀物用蒸馏水和无水乙醇各洗三次，烘干，即得Gd、Pr或Yb掺杂类芬顿催化剂Gd-FeVO₄、Pr-FeVO₄或Yb-FeVO₄。

上述方法引入新的阳离子V⁵⁺和Fe³⁺发挥协同作用，并掺杂Gd、Pr或Yb稀土元素，可见光下可有效催化分解过氧化氢产生羟基自由基，从而使得有机污染物迅速降解，为类芬顿技术开辟一条新的途径。制备的类芬顿催化剂，对污水水质pH在2-11的范围内均可有效地催化过氧化氢，改进了传统芬顿技术pH范围窄的瓶颈，具有较好的经济、环境和社会效益。