[发明专利]一种海藻纤维金属配合物光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工催化剂技术，具体为一种促进印染废水中染料等有机污染物降解的海藻纤维金属配位物光催化剂及其制备方法。

背景技术

Fenton氧化技术是一种具有光明发展前景的工业废水处理技术，其能使难降解有机污染物如染料等发生快速而完全的降解和矿化。但是均相Fenton氧化技术必须在酸性条件(pH=2-5)下使用而在实际应用中受到很大的限制，不仅会因调节pH值而增加工序和成本，而且反应结束后残留在水体中的铁离子会造成二次污染。由铁离子固定于负载材料表面而制成的非均相Fenton反应催化剂不仅可以显著地促进有机污染物的降解反应，而且还具有pH适用性强和易于回收等优点，因此非均相Fenton催化剂的研发是目前改善Fenton氧化技术的关键。而纤维金属配合物作为非均相Fenton光催化剂具有制备简单，使用方便和价格低廉的特点倍受到人们的关注。近年来纤维金属配合物作为非均相Fenton光催化剂已经受到人们的关注，如Nafion膜、改性聚丙烯腈纤维和改性聚四氟乙烯纤维等分别与铁离子反应形成配合物，其作为非均相Fenton反应催化剂对染料等降解反应表现出优良的性能[参见1.Ishtchenko V V et al.Production of a modified PAN fibrous catalyst and its optimisation towards the decomposition of hydrogen peroxide.Appl Catal A，2003，242：123-137；2.董永春等，改性PAN(聚丙烯腈)纤维与铁离子的配位结构及其对染料降解的催化作用，物理化学学报，2008，24(11)2114-2121；3.董永春等，改性PTFE(聚四氟乙烯)纤维金属配合物的制备及其光催化降解性能，物理化学学报，2013，29(01)：157-166]。但是Nafion膜价格昂贵，而改性聚丙烯腈纤维和改性聚四氟乙烯纤维需经过复杂的改性反应以引入能与金属离子发生配位反应的功能性基团，使催化剂的制备过程复杂化和制备成本显著提高，另一方面，这些纤维均为不容易生物降解的合成纤维，不利于生态环境的保护，这限制了它们作为非均相Fenton反应光催化剂载体的应用。而海藻纤维是利用海藻酸中的羧基与钙离子的交联特性通过湿法纺丝而制备的一种天然高分子纤维，其具有优良的生物降解性、生物相容性和金属离子吸附特性，在医疗用纺织品中已有应用。海藻纤维的主要成分是海藻酸，它是由D-甘露糖醛酸和L-古罗糖醛酸构成的嵌段共聚物。海藻纤维大分子结构含有大量羧基，这是因为在其每一个重复结构单元中都存在多个羟基和羧基，其中的羧基可与多种过渡金属离子如铁离子和铜离子等发生配位反应并形成配合物，因此与PAN纤维和PTFE纤维相比，海藻纤维分子中特有的羧基结构会使得纤维金属配合物催化剂的制备过程更简单化和加工成本趋于更低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供了一种海藻纤维金属配合物光催化剂及其制备方法。本发明所述催化剂用于促进工业废水特别是纺织印染废水中污染物如染料的氧化降解反应，不仅比现有催化剂具有更高的催化活性，金属离子不易脱落，在广泛pH范围内和无机盐条件下也能保持较好的催化性能，且其重复使用性能优良，能够多次使用并能够使废水中污染物如染料更快地进行氧化降解反应。此外，由于海藻纤维大分子存在着能与金属离子发生配位反应的羧基，因此海藻纤维不需经过复杂的改性反应就能与金属离子发生配位反应的功能性基团，这使得催化剂的制备过程简单化，成本适中，容易操作，有利于工业化推广。

本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是：一种海藻纤维金属配合物光催化剂及其制备方法，其特征在于该催化剂是由含有大量羧基和具有优良生物降解性的海藻纤维配体与铁离子和铜离子的双配位反应物构成，且外观呈棕黄色至棕绿色纤维形状。海藻纤维大分子在每一个重复单元中都有多个羟基和羧基，其具有极强的亲水性，使得海藻纤维不仅更容易与金属离子反应，在较短的配位反应时间内获得更多铁离子和铜离子含量，而且所得到的催化剂对染料等污染物的氧化降解反应具有更高的催化活性。此外，本发明催化剂在广泛pH范围内、无机盐条件下和重复使用过程中也能保持较好的催化性能，能够使废水中污染物如染料更快地进行氧化降解反应。使用后可在生态环境中降解，不会造成严重的环境污染问题。其中的铁离子和铜离子的含量分别为33.52-96.31mg/g和38.17-105.65mg/g。该催化剂的干态断裂强度分别为219.62-221.49cN。