[发明专利]核壳结构中空碳/硅复合微球催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明的目的是提供一种用于降解有机污染物的核壳结构中空碳/硅复合微球催化剂的制备方法及应用，复合过渡金属氧化物中空微球类催化剂具有比表面积大、组成与结构可调、离子易渗透和稳定性好等优点，相对于其它形貌的催化剂，核壳结构的催化剂具有一种独特的优势，即可以大幅度提高芬顿催化效率。本发明主要是对中空微球的组成和尺寸等进行调控，以寻求更好的催化性能；该类催化剂现主要用于以光催化降解有机污染物，利用该特性能有效的缓解化工厂有机污水在处理上工艺复杂，要求较高等问题，使降解有机污水的操作变得简单，适用性变得更广。

技术领域

本发明涉及催化剂制备领域，尤其涉及核壳结构中空碳/硅复合微球催化剂的制备方法及应用。

背景技术

水污染问题是我国面临的主要环境问题之一，据统计工业废水占到了总污染水量的百分之七十以上，而工业废水绝大多数都属于高浓度的有机废水，对水环境的污染程度严重且处理难度大。高浓度有机废水对环境的危害十分大，主要表现在以下几个方面：1)耗氧性危害，有机污染物在生物降解的过程中消耗掉绝大多数的氧，从而造成水体缺氧，致使水生动植物的死亡，从而产生恶臭；2)感官性污染，对水体附近的居民的正常生活会造成很大的影响；3)毒性危害，高浓度有机废水中含有很多毒性有机物，因长年累月的累积对水体土壤造成严重的污染从而威胁人类健康。

目前，对于有机污水的处理主要有三种方法1)厌氧生物处理法，即在厌氧条件下，通过厌氧微生物分解废水中的有机物产生甲烷和二氧化碳的过程；2)好氧生物处理法，一般只用于处理低浓度的有机废水；3)氧化法，即通过强氧化性的化学试剂在催化剂的作用下将高浓度的有机废水中的氧化物进行氧化的水处理方法。Fenton氧化法就是其中一种，其应用也是最广泛的，主要是利用羟基自由基和二价铁离子的混合物产生的羟基自由基的强大的氧化作用将废水中的有机物氧化从而达到去除有机物的目的。

Fenton氧化作为一种经典的高级氧化技术，具有很多优点：反应没有选择性，几乎能降解所有有机物，反应条件温和，操作简单等，但是传统的Fenton反应存在很多问题(1)传统Fenton反应能够适用的pH值范围十分狭窄，一般在3-5，因此在处理有机废水时，要对废水进行预酸化；(2)反应过程中产生一些复杂的中间产物使催化反应活性降低；(3)反应结束后产生难处理的含铁污泥还需进行后续的回收处理。而非均相Fenton催化剂以固态形式存在，适用的pH范围变广，且使催化剂与废水的分离比较简单，处理流程大大简化，具有活性高稳定性好的优点，解决了均相Fenton运行过程中出现的问题。

发明内容

本发明提供的核壳结构中空碳/硅复合微球催化剂的制备方法及应用，旨在解决化工厂有机污水在处理上工艺复杂，要求较高等问题，使降解有机污水的操作变得简单，适用性变得更广。

本发明的目的是提供一种用于降解有机污染物的一类核壳结构的金属@SiO₂@中空碳微球的催化剂的制备方法，复合过渡金属氧化物中空微球类催化剂具有比表面积大、组成与结构可调、离子易渗透和稳定性好等优点，这是因为核壳结构一般是由外壳和内核所构成的，相对于其它形貌的催化剂，核壳结构的催化剂具有一种独特的优势，即可以大幅度提高芬顿催化效率。核壳结构的催化剂常用做光催化剂，不仅具有多孔和表面积大的优点，而且入射的光线在核壳之间的空腔中可以产生多次反射，使得光能可以重复利用，从而大幅度地增强了的光收集能力，使光能利用率得到大幅度的提高。核壳结构的催化剂也被用于电催化，具有核-壳结构的催化剂利用核与壳之间的电子效应和应变效应的协同调节，不仅可以降低贵金属的用量，而且能显著提高催化活性。目前的研究主要是对中空微球的组成和尺寸等进行调控，以寻求更好的催化性能；该类催化剂现主要用于以光催化降解有机污染物，利用该特性能有效的缓解化工厂有机污水在处理上工艺复杂，要求较高等问题，使降解有机污水的操作变得简单，适用性变得更广。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯腈(PAN)聚合物缓慢加入到溶解有二茂铁物质的N,N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌得到混合液，超声3-5分钟，保证均匀混合；