[发明专利]高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂及其制备方法和应用，所述铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂的结构表达式为Fe/Cu‑MMT，是通过浸渍和煅烧两步法成功制备了铁铜负载蒙脱土非均相芬顿催化剂。本发明的高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂，通过吸附和降解的协同作用，对罗丹明B的去除效率可在90分钟内达到98％。在连续10个循环后，去除效率仍高达87％，表明本发明的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂具有高催化活性、出色的稳定性和可重复使用性。本发明提供的高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂不仅可以用于降解罗丹明B，同时也可以降解甲基橙和甲基蓝等，表明本发明的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂具有出色的染料适用性。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着制造业的飞速发展，许多合成染料被广泛应用于纺织、印刷、造纸、制药和食品工业，这些染料具有很高的毒性并能抵抗自然生物降解。它们不仅破坏水生物的生存环境，而且威胁人类健康。目前，处理含有这些染料的废水的方法主要包括：物理吸附、膜过滤、可生物降解、光催化和絮凝等。与物理方法相比，Fenton系统不仅实现了染料的完全矿化，而且具有高效、环保和非选择性的优点。Fenton反应的原理是产生的羟基自由基会破坏有机化合物的结构，从而使染料完全矿化为H₂O、CO₂和环境友好的小分子无机酸。然而，经典的Fenton系统也存在一些缺点，例如反应pH范围狭窄，铁泥的产生以及难以回收利用，这些缺点限制了其应用。为了克服这些缺点，研究者们已经开发出了非均相Fenton催化剂，它是有效且稳定的固体催化剂。

非均相Fenton催化剂的载体有活性氧化铝、沸石、二氧化硅、氧化石墨烯等。然而，这些载体的起始材料昂贵且不易获得。相反，粘土是天然、丰富、廉价和环境友好的，这使其成为催化剂载体的良好选择。此外，粘土还具有丰富的非均相Fenton催化剂负载优势，例如比表面积大，孔结构丰富，成本低，易于获得且在自然界中分布广泛。过去几年中，研究者们已经对单金属负载的粘土非均相Fenton催化剂进行了大量研究，例如铁负载的膨润土用于在光Fenton下降解偶氮染料X-3B，铝负载的商业膨润土用以降解苯酚等。相比之下，双金属非均相Fenton催化剂中的双金属离子可以促进彼此的氧化还原反应，从而使整个反应速度平稳，提高整体降解效率。目前已有的双金属非均相Fenton催化剂如：La-Fe非均相Fenton催化剂用于去除罗丹明B和亚甲基蓝，去除率分别为97％和96％；Zn-Fe-CNT用于催化降解磺胺甲恶唑；Mg-Fe/LDH用于在类Fenton反应中降解甲基橙等。但是除了催化剂的催化活性之外，它的可重复使用性和低成本仍然是要解决的问题。然而现有的非均相Fenton催化剂因可重复使用性差和成本高的缺点难于在工业中应用。因此本发明想开发一种具有高催化活性，良好的可重复使用性，低成本和制备方法简单的非均相芬顿催化剂。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种具有高催化活性、良好可重复使用性、低成本、制备过程简单的高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂，其结构表达式为Fe/Cu-MMT。

在上述技术方案中，所述高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂的Fe和Cu含量分别为3.02wt％和1.97wt％。

在上述技术方案中，所述高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂的BET比表面积和平均孔直径分别为224.66m²·g^-1和5.62nm。

本发明还提供一种高效稳定的铁铜蒙脱土非均相芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：