[发明专利]一种铁铝碳复合催化材料、制备方法及有机废水降解方法

说明书

本发明公开一种铁铝碳复合催化材料、制备方法及有机废水降解方法，尤其适用于废水处理领域中使用。首先分别将三价铁化合物、三价铝化合物和葡萄糖放入超纯水中溶解形成三份溶液；之后将三价铁化合物溶液和三价铝化合物溶液同时缓慢加入葡萄糖溶液中后搅拌，调节pH值，继续搅拌，将混合物转入水热反应釜水热反应，在原位形成碳材料的过程中铁铝嵌合进入了碳材料骨架；将水热反应产物洗涤干净，之后烘干得到固态的反应物，得到铁铝碳复合催化材料。其催化活性高，稳定性好能够多次重复使用，可降低废水处理成本，环保、经济性好；且本发明制备步骤少，可操作性好，成本低廉，对设备要求低，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明具体涉及一种催化材料、制备方法及有机废水降解方法，尤其适用于废水处理领域中使用的一种铁铝碳复合催化材料、制备方法及有机废水降解方法。

背景技术

随着化学、化工工业的快速发展，化学试剂大量消耗，残余的化学试剂以及生产副产物排入自然水体中造成了水体环境的严重污染。此外，人类的活动所排放的污染物也严重加剧了自然环境的污染。其中，有机污染物具有生物毒性大、组分复杂以及难生物降解等特点，不仅制约着经济的发展，也损害了人类的身体健康。目前，水体有机物污染的处理方法主要有物理法、化学法以及生物处理法。其中物理法只是将污染物从水相中转移到其他相例如吸附法，然而当饱和吸附有机污染物的吸附剂则面临着再生问题；而生物处理法尽管成本相对较低，但是耗时且容易产生有毒有害中间产物。因此，越来越多的研究致力于研发一种高效、环境友好型的有机污染水体处理方法。其中，高级氧化技术(AOP)能有效的处理水相中的有机污染物，备受人们关注。主要的AOP技术有O₃/H₂O₂、O₃/UV、UV/H₂O₂、光助/Fenton、类Fenton等反应类型。其中光助Fenton法通过铁离子活化H₂O₂产生羟基自由基来氧化降解有机污染物。而铁离子不仅可以活化双氧水还可以通过活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，因羟基自由基和硫酸根自由基的强氧化性，所以该方法具有反应速度快、能有效的降解有毒且难生化降解有机污染物以及操作简单等优点，备受人们的关注。

然而，均相铁离子活化双氧水或过硫酸盐体系由于溶液中铁离子难以与反应介质分离，均存在无法重复使用等缺点。此外，由于铁离子在pH大于4的体系中容易沉淀生产大量铁泥，造成催化活性大幅度降低，因此该方法应用范围仅限酸性条件。基于此，研发价廉易得、易与反应介质分离、环境友好型的铁系材料迫不可及。

碳材料具有比表面积大、价格低廉等优点，是优秀的催化剂载体。通过控制碳基复合材料的几何结构、组成、形貌等可调控复合材料的物理和吸附性能。通过调控碳基结构构建铁系碳基复合材料可作为环境友好型多功能材料用于污染控制，具有很好的应用和开发前景。与此同时，相比于单一的铁负载载体催化剂，双金属掺杂可以降低铁的浸出量提高催化剂稳定性。前期实验发现羟基铁铝柱撑蒙脱石的催化活性高于羟基铁柱撑蒙脱石，且铁浸出量也要低于羟基铁柱撑蒙脱石。另外发现，当羟基铁铝柱撑蒙脱石负载光催化剂磷酸银时的效果和稳定性均要优于羟基铁柱撑蒙脱石负载磷酸银复合材料。铝的引入不仅可以强化材料稳定性，也可以提高材料的催化性能和吸附性能。因此，铁铝双组分负载碳材料所形成的复合材料是一种在污染控制领域很有应用前景的环境友好型多功能材料。

然而目前关于碳基复合材料的制备通常采用多步法合成，比如先制备碳材料，而后再将活性组分负载在碳材料表面。这种分步合成法操作复杂、耗时较长，不利于工业化生产。此外，分步合成法难以将其他活性组分牢固的负载在碳基材料上。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种制备方法操作简单，只需要一步即可制备完成，成本低廉，对设备要求低，使用的试剂绿色无毒，环保经济的铁铝碳复合催化材料、制备方法及有机废水降解方法。

为实现上述技术目的，本发明的铁铝碳复合催化材料制备方法，其步骤如下：