[发明专利]制备纳米FeOx/NiOy/介孔材料催化剂的方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂材料研究技术领域，尤其涉及一种制备磁性、高活性、多相纳米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化剂的方法、产品及在类芬顿降解有机废水上的应用。

背景技术

随着中国经济的迅猛发展，中国的经济总量已位居世界第二，然而经济的高速发展所带来的环境问题也日益突出。从过去的这两年开始，中国的环境问题已经进入了高发期，其中关于水体污染的事件层出不穷，占到环境事件总数的49％，尤其是去年的兰州自来水污染和杭州的水体异味事件造成几十万人饮水困难，在全国也造成很大影响。在水体污染中，高达48.7％的污染物为有机物，其种类也达到几十种到上百种。尤其是从造纸、酵母、酒精和淀粉等行业产生的工业废水，具有排放量大、污染物含量高、组分多、色度深和难生化降解等特点，经传统生化处理后，水中仍残留部分难生物降解有机物，水质往往不能达标排放。因此，寻求高效、经济的有机废水处理技术刻不容缓。

高级氧化技术与其它有机废水处理技术相比，具有设备简单、操作简便、反应快速、高效、对后续的生化处理没有毒害作用且对环境友好等优点而受到重视。以可溶性Fe²⁺催化双氧水反应为代表的高级氧化技术由于适用范围广，对环境污染程度小因而受到青睐。但是这种传统的催化剂活性有限，过氧化氢利用率低。除此之外，作为催化剂而直接加入的铁盐在水溶液中无法分离、回收，从而在后续处理过程中形成大量污泥，而残留在水体中的高浓度铁盐也容易形成铁垢，对工农业生产生活和人类健康都有许多不利影响，因此发展高效、易分离的非均相催化剂至关重要。

将其它金属与铁共同负载能够有效的提高催化剂活性，尤其是制备多金属混合氧化物能够获得全新的催化剂结构和电子特性(A.Ungureanu,B.Dragoi,A.Chirieac,C.Ciotonea,S.Royer,D.Duprez,A.S.Mamede,E.Dumitriu,ACS Applied Materials&Interfaces 5(2013)3010-3025.)。比如在介孔的硅材料中先负载一层氧化铝，然后将氧化铁纳米粒子生长在氧化铝表面，所制得的纳米粒子不但分布均匀，而且具有路易斯酸的特性，有利于三价铁在催化反应中向二价铁的转化(H.Lim,J.Lee,S.Jin,J.Kim,J.Yoon,T.Hyeon,Chemical Communications(2006)463-465.)，而后者正是制约铁系催化剂活性发挥的重要因素之一。根据报道，负载零价金属镍能够提高催化活性(C.Lee,D.L.Sedlak,Environmental Science&Technology 42(2008)8528-8533.)，而将铁与镍制备成多金属混合氧化物应用于有机废水处理还没有报道。因此可以预计，如果将这两种金属共同负载，两者之间的协同作用不但能提高催化活性，而且能取得比较高的双氧水利用率。

发明内容

本发明提供了一种制备纳米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化剂的方法，该方法制备步骤简单，适于工业化生产。

本发明还提供了一种由上述方法制备得到的纳米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化剂，该催化剂具有磁性、高活性，能够用于包括染料、苯酚等任何适用于芬顿降解的有机物的降解去除，同时回收简单。

一种制备纳米FeO_x/NiO_y/介孔材料催化剂的方法，包括：将含有Ni²⁺与Fe³⁺的水溶液先后与介孔材料混合浸渍，浸渍完成后，在烘箱中干燥，然后进行焙烧，最后在H₂气氛下还原，制得含有磁性、多相的FeO_x/NiO_y/介孔材料催化剂。

本发明利用介孔材料对纳米粒子的生长进行空间限定，获得粒径均匀的纳米粒子。通过铁和镍的共同负载进一步改善了纳米粒子的形状、粒径和分散性，提高了催化剂的活性。

制备催化剂上活性组分所用的前驱体Fe³⁺的水溶液包括硝酸铁水溶液、氯化铁水溶液、氯化亚铁水溶液或者上述混合物等。Ni²⁺水溶液包括氯化镍水溶液、硝酸镍水溶液、乙酸镍水溶液或者其混合物。本发明中，浸渍过程必须分开浸渍，而且优选先进行Ni²⁺的水溶液浸渍，然后进行Fe³⁺的水溶液浸渍。