[发明专利]生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及钼酸盐领域，尤其是涉及生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂、制备方法及应用。

背景技术

钼酸亚铁(FeMoO₄)作为一种重要的双金属氧化物，具有优异的催化活性和热电性能，广泛地应用于充电电池阴极材料、磁性材料、催化剂等领域。目前，业界已经采用各种制备方法得到了不同维度和尺寸的钼酸亚铁，最具有代表性的就是胡陈果教授项目组先后通过水热法合成了直径为1微米的FeMoO₄空心球和直径为50～150nm、长度约2～3微米一维单斜钼酸亚铁纳米棒材料。

芬顿(Fenton)法是一种深度氧化技术,即利用铁离子和H₂O₂之间的链反应催化生成具有强氧化性的·OH自由基,以达到氧化降解污染物的目的。该方法特别适用于难生物降解或难以化学氧化的有机废水,是一种具有广阔应用前景的废水处理技术。但传统Fenton法存在以下缺陷:处理高浓度污染物时H₂O₂用量大,适用pH范围小(一般须在pH<3时进行),导致废水处理成本较高；常规的Fenton试剂属于均相催化体系,其回收成本较高,易引起二次污染等。近年来,涌现出很多将Fenton催化剂负载在各种载体表面制得负载型非均相Fenton催化剂的研究报道。大量研究证实,通过适宜的载体负载可实现吸附-高级氧化的协同作用,有效提高Fenton高级氧化的效率。目前已经有报道将树脂、活性炭、碳纳米管等材料作为在载体，应用于非均相Fenton催化材料的制备。但是这些载体一般都需要专门的载体制备工艺和负载前载体的表面改性，操作步骤复杂，具有一定的局限性。

近些年来，基于生物细胞的微纳米材料引起了业界人士的广泛关注，其中由生物质所获得的生物碳材料，可在诸多领域承担优异的载体的角色，其中，由酵母细胞碳化后所获得的微米碳球就是这类生物基碳材料的代表，具有来源广泛，价格低廉、稳定性好及吸附性能强等的优点。但目前，尚未见到将酵母细胞转化所得到的生物碳球作为载体应用于非均相Fenton催化剂负载的报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂、制备方法及应用，本发明的生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂粉体材料由具有核壳结构的椭球状微米小球组成，核壳结构中，位于内部的核是由酵母细胞转化所得到的生物碳球，位于外部的壳是钼酸亚铁层，生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂在亚甲基蓝模拟染料废水的降解中表现出优异的催化降解性能。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂，该催化剂为核壳结构的微米球，微米球的核为酵母细胞转化得到的生物碳球，微米球的外壳为钼酸亚铁层。

具体的，所述的微米球为椭球体，微米球的短径*长径为2.2～3.0μm*3.5～5.0μm,所述的生物碳球为椭球体，生物碳球的短径*长径为1.0～1.6μm*1.5～4.2μm,所述的钼酸亚铁层的厚度为400～600nm。

一种制备所述生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂的制备方法，该方法包括：

步骤一：将活化的酵母细胞溶液与四水合氯化亚铁溶液混合并搅拌均匀，混合液中四水合氯化亚铁的浓度为0.02～0.2mol/L，混合液中酵母细胞的浓度为0.556～1.5mol/L，搅拌温度为30～80℃；

步骤二：往步骤一中的混合液中加入二水合钼酸钠溶液，使混合液中二水合钼酸钠的浓度为0.02～0.2mol/L，在20～60℃下搅拌混合液至出现黄色沉淀，然后将溶液在20～50℃下静置陈化；

步骤三：将步骤二得到的沉淀干燥后在保护气体环境中进行煅烧，煅烧后的样品冷却至室温即得生物碳球负载钼酸亚铁Fenton催化剂，煅烧温度为300～600℃，煅烧时间为2～5h，保护气体为氮气、氩气或5％氢气与95％氮气的混合气体。

具体的，所述的活化酵母细胞溶液的制备方法包括：

将酵母粉与分散剂按每500～1500g酵母添加30～900L分散剂的用量进行分散剂对酵母粉的清洗，然后将清洗后的酵母粉用活化剂进行表面活化，活化剂的用量与分散剂的用量相同；

所述的分散剂为去离子水，所述的活化剂为无水乙醇。

更具体的，步骤三中所述的干燥为将步骤二所得的沉淀在40～80℃的温度下进行干燥。