[发明专利]一种蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)2

说明书

本发明提供了一种蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)subgt;2/subgt;催化材料及其制备方法，所述Fe/Mg(OH)subgt;2/subgt;结构包括多个蜂巢状结构，所述蜂巢状结构上有多个卷曲薄片单元；所述卷曲薄片单元上密布介孔；所述卷曲薄片单元相互连接，构成孔状空腔；所述蜂巢状结构相互堆叠，形成堆叠孔。在高压水热反应条件下，Fe离子能以类质同相取代物的形式替代氧化镁水化产物Mg(OH)subgt;2/subgt;中的Mg离子，进入Mg(OH)subgt;2/subgt;晶格形成稳定的活性位点，抗坏血酸逐步氧化分解，造孔促进Fe/Mg(OH)subgt;2/subgt;材料形成稳定的蜂巢状纳米结构，用于刚果红等多种染料的类Fenton催化降解。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，特别涉及一种蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)₂催化材料及其制备方法。

背景技术

随着工业发展，有机染料在纺织、印染和造纸工业中使用愈加广泛，因而产生了大量亟待处理的染料工业废水。该类废水成分复杂、毒性大、化学稳定性高，尤其是其中的偶氮类、蒽醌类染料具有致畸性、致癌性，若不经处理直接排放，不仅会毒化水体环境，影响生态平衡，还严重威胁人类的生命健康。因此，从可持续发展和环保生态角度出发，开发高效处理染料废水的方法迫在眉睫。

目前，非均相类Fenton氧化法是一种行之有效的使染料废水脱色降解的方法。其作用机理是利用反应体系中的过渡金属元素(通常为Fe)催化H₂O₂产生以羟基自由基(·OH)为主的活性氧物种进攻有机染料分子，破坏染料分子结构使其脱色，并进一步深度矿化分解为水和二氧化碳。当前用于催化类Fenton氧化反应的催化剂主要以“Fe/载体”的负载型材料为主，这类材料具有良好的催化效果和较为宽泛的使用条件。但同时存在合成路径复杂、能耗大的问题，不利于进一步的工业放大生产。且大多数的Fe元素负载型催化剂存在着活性组分负载不均，反应过程中Fe离子易溶出的问题，这不仅影响催化剂的催化活性和循环使用性能，溶出的Fe离子还可能形成铁泥带来二次污染。以上这些缺点限制了该类催化剂的实际应用。因此，开发易合成、负载均匀、活性中心稳定不溶出、催化效率高的类Fenton催化材料是当前相关基础研究和工程应用的核心问题。

发明内容

为此，需要提供一种开发易合成、负载均匀、Fe活性中心稳定不溶出、比表面积大，催化效率高的类Fenton催化材料及其制备方法。

为达到本发明的第一方面目的，发明人提供一种蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)₂催化材料，所述Fe/Mg(OH)₂结构包括多个蜂巢状结构，所述蜂巢状结构上有多个卷曲薄片单元；所述卷曲薄片单元上密布介孔；所述卷曲薄片单元相互连接，构成孔状空腔；所述蜂巢状结构相互堆叠，形成堆叠孔。

蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)₂的类Fenton催化机理为“吸附-原位催化”机制，具体如下：在反应体系中，Fe/Mg(OH)₂吸附有机染料分子至其表面和孔道中，H₂O₂经Fe活性中心催化后产生的·OH与吸附在材料上的染料原位直接反应，从而使染料分子降解。

蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)₂为具有介孔(卷曲薄片单元上)、孔状空腔、堆叠孔三种不同结构、分布的多级孔结构。同时，由于单元纳米片较薄(5-10nm)，Fe元素在材料多孔分布中较易暴露，发挥催化活性作用。

进一步的，所述催化材料在进行类Fenton催化降解的过程中Fe离子无溶出。蜂巢状多孔Fe/Mg(OH)₂用于刚果红等多种染料的类Fenton催化降解，且使用ICP-OES测定反应体系中的Fe离子无溶出(低于OES检测限)。