[发明专利]一种具有缺电子Cu中心的类芬顿催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有缺电子Cu中心的类芬顿催化材料及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：步骤一、将五水合硝酸铋溶解于硝酸溶液中，并使用去离子水将溶液稀释形成溶液A；步骤二、将柠檬酸加入到溶液A中，并用氨水调节溶液形成溶液B；步骤三、将异丙醇铝、二水合氯化铜和葡萄糖溶解于溶液B中形成悬浊液C；步骤四、将悬浊液C在高温下搅拌蒸发至固体完全析出形成固体D；步骤五、将固体D放入马弗炉中煅烧后得到所述类芬顿催化材料。该催化材料在中性条件下对各类毒害有机污染物都具有很好的去除效果尤其是酚类污染物，并且能够实现对H₂O₂的高选择性转化。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种类芬顿催化材料，尤其涉及一种具有缺电子Cu中心的类芬顿催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统芬顿氧化包括均相芬顿法和非均相芬顿法，其中均相芬顿是利用Fe²⁺与H₂O₂反应产生具有超强氧化能力的羟基自由基(HO·)来降解水中污染物的过程。然而，传统芬顿技术存在诸多缺陷，如严格的酸性条件(pH3)，反应过程中铁泥的产生，以及对氧化剂极低的利用率都大大限制了传统芬顿法在实际废水处理中的应用。于是，多相相芬顿催化引起广泛关注，在多相芬顿催化研究中，一种双反应活性中心机理因其独特的优势如氧化剂利用率高，催化稳定性号等引起了研究人员极大的兴趣。然而，传统富电子Cu中心类芬顿催化剂依然存在许多不足之处阻碍其发展，如对酚类污染物的矿化度低，对分子量大的有机污染物降解效果差等。现有的涉及相关专利如下：

申请号为20110856060.7的发明公开了一种基于含铁粘土矿物负载钯催化剂的电芬顿水处理方法，该发明通过还原反应负载到含铁粘土矿物上得到把铁一体化催化剂,将钯铁一体化催化剂加入电芬顿水处理装置中催化产生经自由基,进而降解水中的有机污染物。实验表明，该催化剂可将0.5mmol/L苯甲酸钠在60分钟内去除92％，然而该装置需要用到稳定直流电源电源，消耗大量电能。另外，贵金属的使用使得该催化剂的制备成本极大，且传统类芬顿的电子转移机理必将造成贵金属的严重流失。这些缺陷严重限制了该催化剂在实际废水处理中的应用。

申请号为201611147885.3的发明公开了一种铁铜双金属负载介孔硅非均相芬顿催化材料的制备方法，用该种方法制备的介孔硅负载铁铜复合金属氧化物催化剂材料具有孔径分布广，比表面积大，金属分布比较均匀的特点。然而在降解染料废水过程中，需投加大量的氧化剂和催化剂。该实验中，在待降解染料废水中投加0.15M的H₂O₂和2g/L的催化剂反应300min后才得到62.3％的降解率。这种催化效率将大量消耗氧化剂的量，造成高额的治理成本。同时处理效果也不显著。

申请号为201510939912.X公开了一种铁一铜一铝氧化物复合催化剂的制备方法，该发明通过对介孔材料一进行修饰,获得良好纳米层,继续负载双金属组分和之后，活性组分继续保持高度分散的纳米层。然而，整个芬顿反应过程需要耗费较长时间才能污染物有效去除，整个反应仍然是遵守着经典芬顿反应的机理。且并且这种催化剂还是依靠金属单一位点的氧化还原反应实现过氧化氢的活化，体系中过氧化氢的利用率仍然很低。

申请号为CN201811311154.7公开了一种具有双反应活性中心的类芬顿催化材料的制备方法。该催化材料呈现完整的球花状介孔结构，比表面积较大，能够暴露较多的催化活性位点，使得在反应过程中H₂O₂尽可能的在富电子中心发生还原反应产生羟基自由基，新型催化材料在中性条件下对各类毒害有机污染物具有很好的去除效果,并且能够实现对H₂O₂的高选择性转化。然而该催化材料在催化降解酚类物质时矿化度很低，且在降解染料等大分子物质时催化效果也不好。