[发明专利]一种高效类芬顿体系催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及类芬顿（Fenton）体系催化剂制备领域，具体涉及一种高效类芬顿体系催化剂及其制备方法。

背景技术

目前油田水处理中常用氧化降解瓜胶、纤维素、淀粉、聚丙烯酰胺等聚合物的体系多以过硫酸盐、二氧化氯为氧化剂。然而，由于过硫酸盐成本较高并且会大幅度提高水体的矿化度，二氧化氯则对设备的腐蚀性较强，因此两者应用受到限制。Fenton试剂为H₂O₂与Fe²⁺结合所形成的体系，具有极强的氧化能力，是一种化学氧化降解有机聚合物的有效体系。H₂O₂在一定条件下可分解形成氧化性极强的氢氧自由基，其在水中的氧化还原电位为2.8V，高于H₂O₂（1.8V）。氢氧自由基通过电子转移等途径将有机物氧化为CO₂和H₂O，并且过量的H₂O₂能够逐渐降解为H₂O，不会增加地层流体的矿化度，不会造成二次污染，因此是一种清洁的氧化体系，目前已经在油田水处理环节大量应用。然而，虽然Fenton 体系相对于其他体系尚具优越性，但单纯Fenton试剂的活性仍相对较低，且受到外界条件影响较大，其中以催化剂影响最为显著，最常的铁盐类催化剂受到温度、矿化度等因素影响，尤其是pH值，pH大于3即沉淀，因此只能在弱酸性环境以内使用。UV- H₂O₂高级氧化技术、引入纳米尺度催化剂等非均相催化体系存在催化效率较低、催化剂极易被包裹、絮凝等缺点，因此，还需要研究能够适用于多种条件下的均相催化剂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高效类芬顿体系催化剂及其制备方法，该催化剂具有高效、pH值范围（强酸性至强碱性范围）使用广泛的特点，能够实现温和条件下对有机聚合物的有效降解。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高效类芬顿体系催化剂，颜色为绿色、蓝色、粉红色或无色，存在形式为粉末或者颗粒状固体，易溶于水、甲醇、乙醇、DMF或 DMSO，能溶于丙酮和乙腈。

一种高效类芬顿体系催化剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，在反应釜中将2-(N, N-二羧甲基)氨甲基-4-取代酚类化合物分散于10-100倍质量的水、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或乙腈中，所述2-(N, N-二羧甲基)氨甲基-4-取代酚类化合物为4-取代酚类化合物与甲醛、亚氨基二乙酸的缩合产物，其中的取代基包括甲基、乙基、叔丁基、苯基、羧基、甲氧基、乙氧基、乙酰氨基、氯、溴、碘或硝基取代基，水为去离子水，甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃和乙腈为化学纯及以上纯度试剂；

第二步，向反应釜中滴加含有2-(N, N-二羧甲基)氨甲基-4-取代酚类化合物2倍物质量的碱溶液，所述碱溶液的质量浓度为1-20%，碱溶液的溶质为化学纯及以上纯度的氢氧化钠或氢氧化钾，碱溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或乙腈溶液，其中水为去离子水，甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或乙腈为化学纯及以上纯度试剂；

第三步，搅拌条件下将反应釜中的混合体系加热到20-100℃，直至2-(N, N-二羧甲基)氨甲基-4-取代酚类化合物完全溶解；

第四步，搅拌下向上反应釜中滴加浓度为1-20%的含有2-(N, N-二羧甲基)氨甲基-4-取代酚类化合物相等物质的量的过渡金属盐形成溶液，过渡金属盐为化学纯及以上纯度，其阳离子为铬离子、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子或锌离子，其阴离子为氯离子、溴离子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、甲酸根或乙酸根，过渡金属盐溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或乙腈，其中水为去离子水，甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或乙腈为化学纯及以上纯度试剂；

第五步，将反应釜中的溶液蒸去溶剂，即得到高效类芬顿体系催化剂。

本方法制备的高效类芬顿体系催化剂中心金属离子分别与酚羟基、两个羧基和一个来自氨甲基的一个氮原子以及一个或者两个水分子形成五配位或者六配位的结构，具有配位稳定，受温度、矿化度、pH值（pH值12以内不产生沉淀）等因素影响小，催化芬顿体系氧化降解有机聚合物效率高的优点，可以将水溶液中的瓜胶、纤维素、淀粉、聚丙烯酰胺等聚合物较彻底的降解，降粘率达90%到接近100%，最终粘度与纯水相当。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。