[发明专利]一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化材料的技术领域，具体涉及一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的制备方法如下：1）制备针铁矿；2）取亚铁源物质与去离子水混合，通入氮气并搅拌至亚铁源物质溶解；3）加入步骤1）的针铁矿，继续通氮气并持续搅拌；4）加入硫化物溶液，继续通氮气并持续搅拌，之后进行离心去除上清液得到固体，将固体进行真空冷冻干燥，即得到铁硫耦合催化剂。本发明的催化剂能够提高芬顿工艺系统处理有机污染物的性能，提高对有机污染物的降解效率，在中性或酸性环境下就可以实现高效的苯酚降解，能够降低苯酚处理的成本，所提供的新型高效芬顿反应工艺系统具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于催化材料的技术领域，具体涉及一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

传统的芬顿技术的反应式是Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^- +·OH，主要是依靠Fe²⁺与一定量过氧化氢反应产生具有强氧化性的羟基自由基来处理水中的有机污染物。而在这样的技术中，Fe²⁺很容易被消耗，且大部分转化为芬顿体系作用中可忽略不计的Fe³⁺，从某种角度上来讲是一种资源浪费，而且其芬顿降解污染物效率较低。

针铁矿是地壳中含量很丰富的一种铁（氢）氧化物矿物，它在芬顿反应工艺系统中能够充当催化剂有效降解有机污染物，由于针铁矿的铁离子溶出率低，因而可减少淤泥的产出，但许多研究却表明，针铁矿等铁氧化物参与的芬顿工艺系统对有机污染物的降解效率较低。

发明内容

为了提高芬顿体系的降解效率、提高芬顿工艺系统处理有机污染物的性能，本发明通过引入硫化物合成一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂，促进芬顿体系产生更多的羟基自由基，羟基自由基（·OH）因其极高的氧化电位（2.80 ev）而具有极强的氧化能力，能够高效快速地将大多数有机污染物氧化成CO₂和H₂O，对环境友好。

本发明的目的在于提供一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂及其制备方法和应用。

本发明的技术内容如下：

一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂，其为针铁矿耦合硫铁化合物的铁硫耦合催化剂，简称GS材料，该催化剂要在真空或低温条件下保存。

本发明还提供了一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂的制备方法，其制备步骤如下：

1）制备针铁矿；

2）取亚铁源物质与去离子水混合，通入氮气并搅拌至亚铁源物质完全溶解；

3）加入步骤1）的针铁矿，继续通氮气并持续搅拌；

4）加入硫化物溶液，继续通氮气并持续搅拌，之后进行离心去除上清液得到固体，将固体进行真空冷冻干燥，即得到铁硫耦合催化剂；

其中，所述步骤1）制备针铁矿的方法如下：取Fe（NO₃）₃·9H₂O溶解于去离子水中，并滴入NaOH溶液，即得到浓稠悬浮液，将浓稠悬浮液进行恒温老化，使得红棕色的含铁絮状物变成棕黄色小颗粒，然后用蒸馏水反复洗涤至中性，离心去除上清液后得到粘稠固体，再进行真空干燥即得到针铁矿；

所述亚铁源物质包括硫酸亚铁或者氯化亚铁；

所述硫化物包括硫化钠或者硫化钾；

所述去离子水均经过煮沸后冷却并通氮气除氧的处理。

本发明还提供了一种可高效降解高浓度苯酚的铁硫耦合催化剂的应用，可应用降解有机污染物以及有机染料，可用于降解高浓度苯酚废液，所述苯酚废液的浓度可高达1000 mg/L。