[发明专利]载铜SBA-15催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种载铜SBA‑15催化剂的制备方法和应用。采用两次水热晶化法制备，第一次晶化中将Zr掺杂到SBA‑15上，然后用碱液将第一次晶化产物的pH值调至5.5～6.0,促进铜离子的水解，再通过第二次晶化，将Cu2+的水解产物均匀沉积到SBA‑15上，制得载铜的SBA‑15催化剂。此催化剂上铜组分分散均匀，催化剂活性高，可以在常温、常压下较好地催化氧化水中的四环素。

技术领域

本发明属于催化材料和水处理技术领域，具体涉及一种载铜SBA-15催化剂的制备方法及其在催化氧化水中四环素的应用。

背景技术

SBA-15是介孔硅基材料的重要成员之一，具有二维六方介孔结构、规则的孔径分布、大的孔径(可以达到30nm)、较厚的孔壁(3～9nm)和大的比表面积(一般在700～1100m2/g)，为其作为催化剂载体提供了基础。由于合成SBA-15的强酸性条件，金属离子(Mn+)加入合成体系后主要以阳离子形式存在，与Si很难形成M-O-Si键。普通的浸渍法又容易生成金属氧化物的颗粒，聚集在载体表面(如专利：申请号201410197447.2)。众所周知，在催化领域，活性组分一旦生成较大的颗粒物，将大大减少其活性位与目标反应物的接触，从而影响其催化性能，因此提高活性组分的分散性是提高催化性能的关键技术之一。铜(Cu)是催化氧化水中有机物常用的活性组分之一，研究合适的均匀负载Cu的SBA-15催化剂的制备方法具有重要意义。

四环素是一种重要的抗生素，常常被用来控制水中鱼类的疾病、促进鱼的生长、提高饲料利用率等。水产品中残留的四环素可以通过食物链对整个生态环境产生毒害，危害人类的健康。由于废水中的四环素对微生物具有很强的抑制作用，而且分子结构复杂，生物降解性不太理想。另外，一些制药企业更是面临废水达标排放困难的问题。催化氧化是处理四环素废水的一种重要方法，由于四环素分子结构复杂、尺寸较大，以介孔材料为载体的催化剂是一种较好的选择。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种活性组分分散均匀的载铜SBA-15介孔催化剂的制备方法。该催化剂比表面积大、稳定性好，能够有效地催化氧化去除水中的四环素。

技术方案：以三嵌段共聚物(EO20PO70EO20)为模板剂，正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，盐酸为酸源，作为合成载体SBA-15的基础原料。为了促进Cu组分在SBA-15上的分散性和提高SBA-15的性能，在添加铜源的基础上，同时添加了锆源和无机盐,通过两步pH调节法，制备了载铜SBA-15催化剂。

本发明提出的制备方法的具体步骤是：

1)将EO20PO70EO20溶解在盐酸水溶液中，形成含EO20PO70EO20的混合水溶液，在35～40℃恒温搅拌，完全溶解后，加入铜源、锆源和无机盐，形成混合液。

2)将TEOS缓慢滴入上述含EO20PO70EO20的混合液中，在35～40℃恒温搅拌24.0h，形成混合物。

3)将混合物置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入烘箱中于100℃进行第一次晶化，24.0h后取出，冷却。用碱液将第一次晶化产物的pH值调节至5.5～6.0，再放入烘箱中于100℃进行第二次晶化，4.0～12.0h后取出。经过滤、洗涤、干燥后得到载铜SBA-15分子筛原粉。

4)将载铜SBA-15分子筛原粉经550℃的高温空气焙烧4.0～8.0h，得到活性组分分散均匀的载铜SBA-15催化剂。