[发明专利]一种高分散金属催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及环境催化材料领域，提供了一种高分散催化剂的制备方法及其应用。本发明是以碳纳米管作为载体，以一种金属配合物分子作为负载物来合成一种非均相催化剂，应用于紫外光Fenton体系，在可见光下催化降解有机物。本发明制备的催化剂具有制备简单、结构稳定及催化活性高等优点，具有潜在规模化的应用前景。

技术领域

本发明属于环境催化领域，涉及一种高分散金属催化剂的制备方法及其应用，适用于紫外光催化过氧化氢氧化降解工业废水中的有机污染物。

背景技术

水资源短缺是我国目前亟需解决的重大难题，随着经济的发展，我国工业用水量逐年增加，同时排向自然水体的工业废水也不断增加，造成了淡水资源的污染。在污水的各种污染物中，有机污染物占到了最大的比例，它在水中的存在时间长、迁移范围广，对动植物的影响巨大，且难以被降解，因此，如何高效、规模化的处理有机废水，一直是环保领域研究的热点。

工业上常用生化法、氧化法、吸附法等多种工艺处理有机废水，但大多存在处理效率低、降解难度大等缺点，已经无法满足日益严格的环境标准。高级氧化技术是现今处理高浓度难降解有机废水最有效的方法之一，其原理在于利用光、电、催化剂等反应条件，产生具有强氧化性的羟基自由基，将废水中难分解的有机物氧化为无毒的小分子物质。其中，Fenton法因操作简单，无需高温高压，且氧化效率较高而备受人们关注。

传统的均相Fenton法以Fe²⁺作为催化剂，催化H₂O₂生成大量羟基自由基，从而氧化降解废水中的有机污染物，但Fe在溶液中的存在形式受pH限制，因此在实际应用中需要消耗大量的酸碱来调节pH，降低了反应的整体速率，同时反应易生成难以处理的铁泥，对环境造成二次污染，限制了均相Fenton法处理废水的实际应用。研究发现，利用非均相催化剂同样可以使H₂O₂生成羟基自由基，避免产生难降解铁泥。

光Fenton氧化技术是近年来发展起来的新型高级氧化技术，其克服了传统Fenton法的缺点，在紫外光的照射下，可以提高H₂O₂的实际利用率，缩短反应时间。但常见的非均相光Fenton催化剂仍存在催化活性低、在紫外光下稳定性差等问题。因此，研制催化活性强、稳定性高的非均相光Fenton催化剂具有很大的应用意义。

过渡金属催化剂是以过渡金属为活性中心的一类金属配合物，其具有着较高的催化活性和选择性且制备简单，是一项新型单活性中心催化剂。经研究发现，在金属含量较高的情况下，实际反应中只有较少数的金属活性组分起到催化作用，且当活性组分分散均匀时，催化剂的实际催化活性较高。因此，增加金属的分散度对催化剂的催化活性的提升有着较大的影响。而在实际应用中，现有的过渡金属催化剂存在热稳定性差、活性组分分散不均匀、活性中心易失活等问题，催化剂的固载化是解决这一问题的有效途径之一，选择合适的载体也是提升催化剂活性的关键。

碳纳米管孔隙结构丰富、表面化学性质稳定，适宜作为催化剂的载体，提升催化剂活性组分的分散性，这可以使所制备的催化剂具有较高的稳定性和催化活性，且在实际应用中便于回收进行二次利用。

本发明拟使用碳纳米管为载体，制备具有高分散性的金属催化剂应用于紫外光Fenton体系。

发明内容

本发明目的在于充分利用过渡金属分散性和碳纳米管的丰富孔隙结构，以一种过渡金属配合物作为活性组分，以碳纳米管作为催化剂的载体，通过水热法进行活性组分的负载，后经焙烧制成一种高效、稳定、易回收的高分散金属催化剂，用于紫外光Fenton体系下催化氧化废水中的难降解有机物，旨在解决目前现有的紫外光Fenton催化剂过氧化氢利用率低、催化活性低等缺陷。