[发明专利]铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括纳米零价铁颗粒，其表面包覆有铁的氧化物形成核壳结构，且铁的氧化物中掺有铈的氧化物。制备方法包括：将硼氢化钠溶液滴加到含有Fe³⁺和Ce³⁺的混合溶液中，搅拌，所得混合溶液老化，得到铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂。本发明铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，是一种性能优异的新型非均相电芬顿催化剂，能够用于处理抗生素废水，并能够实现对废水中抗生素的有效去除，使用价值高，应用前景好。本发明制备方法具有对设备要求低、操作简单、耗时短、环保等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种非均相电芬顿催化剂的制备及其应用，具体涉及一种铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素已被广泛用于治疗各种人类疾病和畜牧业。然而，由于严重滥用，使得它们在各种水环境中都有大量的残留，从而间接或直接对人类健康和生活环境造成不良影响。因此，实现对抗生素类废水的高效处理尤为重要。

Fenton工艺作为高级氧化工艺(AOPs)之一，因其高效、简单、低成本等优点，在解决全球水体中有毒、难降解、不可生物降解的有机污染物污染方面受到了广泛关注。为了克服其固有的一些缺点，提高其通用性和环境友好性，电芬顿(EF)工艺成为最令人满意的技术。电芬顿反应是一种极具发展前景的高级氧化工艺，它可以使原位生成的过氧化氢(H₂O₂)与Fe²⁺发生Fenton反应产生强氧化性的羟基自由基(·OH,E^θ＝2.8V)。羟基自由基可以与有机污染物发生非选择性反应，直到它们被完全矿化为二氧化碳、水和无机离子。在阴极产生H₂O₂可以避免其运输、储存和搬运的潜在风险。与传统Fenton工艺相比，Fe³⁺在阴极处的连续电化学还原为Fe²⁺的再生提供了新的途径，进一步提高了污染物的降解率。因此，利用电芬顿技术有效处理有机污染物废水的关键是获得一种催化能力强的电芬顿催化剂。

目前，已有研究表明Fe/Ce双金属颗粒可作为非均相类Fenton体系催化剂，然而，现有基于Fe/Ce双金属颗粒的非均相电芬顿催化剂的使用过程中仍然需要额外添加添加剂(如诱导剂、氧化剂)才能实现对有机污染物的有效去除，而添加剂的使用也必然会增加处理成本，也会导致处理过程更加复杂，也会增加操作难度，这不利于实现对水中有机污染物的低成本、高效去除。另外，现有基于Fe/Ce双金属颗粒的非均相电芬顿催化剂的制备方法仍然存在制备过程繁琐、制备耗时长、对设备要求高、制备成本高等优点，这也不利于实现电芬顿技术在处理有机污染物废水中的广泛应用。因此，急需获得一种催化活性好、稳定性好、环境友好的非均相电芬顿催化剂以及与之配套的耗时短、操作简单、对设备要求低、经济环保的制备方法，这对于利用电芬顿技术有效去除水体中的抗生素具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性好、稳定性好、环境友好的铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂，所述铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂包括纳米零价铁颗粒，所述纳米零价铁颗粒表面包覆有铁的氧化物形成核壳结构；所述铁的氧化物中掺有铈的氧化物。

上述的铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂，进一步改进的，所述铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂中纳米零价铁颗粒、铁的氧化物和铈的氧化物的质量比为1∶2.86∶1.54。

上述的铁/铈双金属非均相电芬顿催化剂，进一步改进的，所述铁的氧化物包括三价铁的氧化物和二价铁的氧化物；所述铈的氧化物包括三价铈的氧化物和四价铈的氧化物。