[发明专利]一种用于光-芬顿联合催化的FeVO4

说明书

本发明公开了一种用于光‑芬顿联合催化的FeVO₄/TiO₂多孔催化剂膜层材料及其制备方法，属于光‑芬顿联合催化材料制备技术领域，针对目前缺少一种能够将光催化和芬顿反应高效结合在一起的方法和催化剂，本发明利用微弧氧化方法，在钛基片表面生成一层含有Fe和V的TiO₂膜层，再在保护气氛下通过焙烧得到FeVO₄/TiO₂多孔催化剂膜层材料，成功的将光催化和芬顿反应高效结合在一起，得到了一种能够用于降解有机污染物的高效催化剂。

技术领域

本发明属于光-芬顿(Fenton)联合催化材料制备技术领域，特别涉及一种TiO₂多孔陶瓷涂层负载FeVO₄纳米颗粒的异质结光-Fenton联合催化膜层材料及其制备方法。

背景技术

科学技术的飞速发展和工业化程度的推进给人类带来丰富多彩生活同时，也带来了巨大的环境压力，尤其是对人类赖以生存的水资源，其破坏性甚至是不可逆的，即使花费巨大人力物力，也需耗时几代人的时光或可恢复。对水体污染最致命的是工业废水。工业生产所排放的废水中含有大量毒性强、稳定性高、难生化降解的有机污染物，这些污染物可以直接给生物体健康和生态系统稳定带来巨大伤害。因此，处理废水中难生化降解的有机污染物已经成为国内外环境科学研究的重点之一，也是我国经济可持续发展急需解决的问题之一。

出于安全、清洁、工艺简便等方面的考虑，目前利用高级氧化技术来处理难生化降解的有机废水己经成为国内外研究的热点和主流。Fenton技术是新型的高级氧化技术中的优秀代表。传统的Fenton试剂是催化剂Fe²⁺和氧化剂H₂O₂形成的组合试剂，在Fe²⁺的催化下，H₂O₂能够转化成具有较高氧化电极电位(E＝2.80eV)的中间产物活性自由基(OH·)，(OH·)的氧化电位髙且反应速度快，可以直接将污染物氧化成CO₂和H₂O，不留中间产物，实现完全降解。故此，Fenton试剂被广泛应用于难降解有机废水处理。然而，实际应用中发现直接利用Fe²⁺和H₂O₂形成的均相Fenton试剂存在一个突出问题，降解过程中均相催化剂会造成铁元素滞留并生成大量含铁污泥造成二次污染，而且铁元素难以循环。为规避均相催化体系的不足，研究者又将目光转向非均相催化体系。通过对铁离子在固相表面固定，构成非均相Fenton体系，铁离子固定化后方便了铁元素回收，解决铁了离子存在于污泥中造成二次污染的问题，更重要的是在非均相Fenton体系中，适用的pH范围大大拓宽。但非均相Fenton体系有一个致命缺陷，催化效率低，H₂O₂利用效率不高。为解决这一问题，研究者提出一条可行的方案是将Fenton催化降解技术和光催化降解技术耦合，形成一种新型的光-Fenton联合催化降解技术，使其既具有Fenton催化技术的强降解能力又具有光催化技术的高效性。然而到目前为止，开发和制备能够将这两种技术高效结合在一起的催化剂仍是一个难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种光-Fenton联合催化降解技术所需的优良催化剂膜层材料—一种FeVO₄纳米颗粒修饰的TiO₂多孔膜层(简称FeVO₄/TiO₂多孔膜层)。

所述的FeVO₄/TiO₂多孔催化剂膜层材料呈现微纳两级结构，内层为TiO₂层，呈现微弧氧化膜层特有的火山口状多孔结构，外表面布满FeVO₄纳米微颗粒，颗粒粒径在50-200nm，膜层的厚度为5-100μm。

本发明中一种用于光-Fenton联合催化的FeVO₄/TiO₂多孔催化剂膜层材料的制备方法，具体步骤如下：