[发明专利]一种固体催化剂降解苯酚的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境与化学工程技术领域，涉及到含酚废水的去除，特别涉及到固体催化氧化降解苯酚的方法。

背景技术

近年来，日益严重的环境污染已成为人类发展和社会可持续发展中的重要问题，其中水污染控制又是一项急需解决的环境工程问题。目前，我国的江河湖海、水库及地下水面临不同程度的污染，而这些污染与工业有机废水的偷排具有密切关系，水体严重污染问题对环境和居民的健康产生了重大影响。随着工业社会的快速发展产生的废水成份日趋复杂，而其中以难降解有机物污染尤为严重。以含酚废水为例，长期接触含酚水体会造成昏厥、贫血等神经类疾病。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中明确规定，酚类物质为第二类污染物，一、二级废水的排放标准规定不得超过0.5mg L^-1，三级标准不得超过2.0mg L^-1。因此，如何降低水环境中苯酚的浓度是一项非常紧急的任务。

传统的含酚废水处理通常通过萃取、吸附等传统工业技术，但由于效率不高、耗能大和成本高等问题很难在实际生产过程中得到广泛应用。近年来高级氧化技术得到了广泛关注，这是因为它能有效地将有机污染物矿化为CO₂和H₂O，彻底解决污染问题。目前，基于激活过硫酸盐产生的SO₄·^-(E＝2.5-3.1V)和·OH(E＝1.8-2.7V)自由基的氧化技术突破了传统Fenton和类Fenton体系的pH条件限制，且能更高效地氧化有机污染物。此外，这种新型的绿色氧化技术还被广泛用于土壤和地下水的原位修复过程。SO₄·^-主要来源于过二硫酸钾(PS，K₂S₂O₈)和过一硫酸钾(PMS，KHSO₅)，其中过硫酸钾由于自身更稳定、更廉价以及无毒等特性受到广泛的关注。

早期的关于激活过硫酸钾的固体催化剂主要包括Co₃O₄、CuO和Fe₃O₄等单金属催化剂，但是单金属催化剂金属离子释放量较大，同时催化活性不高。因此，具有AxB₃-xO₄结构的双金属氧化物由于更好的稳定性及催化性能得到广泛关注。例如，CuFe₂O₄、CoFe₂O₄和CoMn₂O₄等二元金属氧化物催化剂对激活过硫酸钾(PMS)具有很好的催化活性，并且金属离子的释放量也较低。然而，目前尚未查到Co与Cu复合的双金属催化剂降解苯酚的技术和专利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种固体催化剂降解苯酚的制备方法和应用，更具体的是涉及一种利用Co与Cu合成CuCo₂O₄的双金属固体催化剂激活过硫酸钾，在避光的条件下，用于降解水体中的苯酚的方法。

为实现本发明目的，本发明探究了不同Co与Cu的比例合成的催化剂降解苯酚的效果，同时发现当Co与Cu的比例为2∶1时合成的催化剂具有最高的催化活性。可在水体中高活性、高选择性地进行苯酚降解的反应，并将苯酚主要降解为CO₂和H₂O。

该发明所采用的技术方案按照以下步骤进行：

(a)将一定量硝酸钴和一定量的硝酸铜溶解于纯水中；

(b)使得(a)中的硝酸钴和硝酸铜的浓度分别为0.08-0.20M与0.03-0.10M；

(c)向(b)中加入1.0-2.0M的氢氧化钠溶液可立即生成蓝绿色沉淀；

(d)向步骤(c)得到的蓝绿色沉淀磁力搅拌24h；

(e)将步骤(d)中形成的沉淀物液相离心分离，用水和乙醇洗涤3次；

(f)将步骤(e)中的沉淀物放置于干燥箱烘干24h，即可得前驱体；

(g)将步骤(f)中形成前驱体研磨充分，至于马弗炉中煅烧，以6℃ min^-1的升温速率煅烧，在温度150-300℃的空气氛围中煅烧1-4h，自然冷却至室温，即可得到降解苯酚的催化剂；