一种多相催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多相催化剂的制备方法，涉及催化剂技术领域。本发明专利技术所述多相催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)制备氮化碳纳米片：将尿素焙烧，得到氮化碳纳米片；(2)将盐酸多巴胺、步骤(1)中制备得到的氮化碳纳米片和Fe源依次加入磷酸缓冲液中，搅拌溶解，超声，得到混合液A；(3)将步骤(2)中制备得到的混合液A在20

【技术实现步骤摘要】
一种多相催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其是一种多相催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着石油化工、农药、医药等产业的高速发展，不同种类的生产废水和生活污水尚未达标，便直接排入了地表水体，导致了严重的水污染，加剧了水资源短缺的矛盾，严重影响到居民饮水安全和身体健康。在现有高级氧化水处理技术中，均相芬顿反应(Fe
2+
+H2O2)因其反应中Fe
2+
能迅速活化H2O2，产生强氧化性的
·
OH而广泛应用于水中难降解有机污染物的降解，以提高废水可生化性。然而，在实际工程中，该技术因反应条件苛刻，pH适用范围窄(2～3)、反应后产生铁泥等缺陷而面临诸多限制。因此，有必要进行多相芬顿催化剂的研发。经研究发现，多相芬顿反应不仅具有高效的污染物降解能力，而且能克服经典的均相芬顿反应所存在的诸多瓶颈，实现活性组分固载化，使催化剂易于回收，可大大降低水处理的成本。
[0003]然而，多相芬顿催化剂目前仍存在催化剂稳定性较低以及H2O2利用率较低等问题。有学者发现，通过“金属-载体”间的原位掺杂可使活性组分与载体发生络合，提高催化剂的稳定性。但在传统的络合方法中，催化剂的活性组分容易包裹在催化剂内部结构中，无法充分与H2O2和污染物接触。此外，在反应过程中过量的H2O2会被产生
·
OH氧化，产生超氧自由基(
·
O
2-)，并且
·
O
2-在体系中最终被分解为O2，导致其有效利用率低，造成浪费。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种使用聚多巴胺修饰氮化碳载体络合活性组分(Fe)，同时，操作简便、成本低，制得的催化剂催化性能稳定的多相催化剂的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种多相催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)制备氮化碳纳米片：将尿素焙烧，得到氮化碳纳米片；
[0007](2)将盐酸多巴胺、步骤(1)中制备得到的氮化碳纳米片和铁源依次加入磷酸缓冲液中，搅拌溶解，超声，得到混合液A；
[0008](3)将步骤(2)中制备得到的混合液A在20-25℃下搅拌5h以上，得到固体产物B；
[0009](4)将步骤(3)中制备得到的固体产物B，洗涤、干燥，得到固体产物C；
[0010](5)将步骤(4)中制备得到的固体产物C在惰性气体下焙烧，降温后得到所述多相催化剂Fe-GP@CN。
[0011]本专利技术提供了一种Fe表面修饰碳氮纳米片催化剂的合成方法。用尿素制备氮化碳、盐酸多巴胺(PDA)作为碳源，FeCl3作为铁源，通过自聚合及高温焙烧过程合成目标催化剂。
[0012]本专利技术首次使用聚多巴胺修饰氮化碳载体络合活性组分(Fe)，从而使得活性组分
充分地暴露在载体材料表面，很好地解决了活性位点被包裹的问题。并且该复合材料，用于水处理中表现出优异的稳定性和催化性能，可快速活化水中溶解氧(DO)分子，产生具有氧化性的超氧自由基(
·
O
2-)，降解水中有机污染物。该体系有效利用DO，取代了H2O2，降低了水处理成本，实现了芬顿反应理论上的突破。
[0013]优选地，所述步骤(1)中，焙烧过程中的升温的速率为2.5-10℃/min，升温至500-600℃后，开始焙烧，焙烧的时间为2-4h。
[0014]进一步优选地，所述步骤(1)中，焙烧过程中的升温的速率为2.5℃/min，升温至550℃后，开始焙烧，焙烧的时间为4h。
[0015]优选地，所述步骤(2)中，盐酸多巴胺、氮化碳纳米片和铁源的重量比为：盐酸多巴胺：氮化碳纳米片：铁源＝1：(1-3)：(0.1-0.5)；所述铁源为FeCl3、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FePO4中的至少一种；超声的时间为5-10min。
[0016]进一步优选地，所述铁源为FeCl3；超声的时间为10min。
[0017]优选地，所述步骤(2)中磷酸缓冲液的浓度为0.1-0.5mol/L，磷酸缓冲液的pH值＝7.5-8.5。
[0018]进一步优选地，所述步骤(3)中适宜的温度为25℃，搅拌的时间为10h。
[0019]优选地，所述步骤(4)中，洗涤的次数为3-6次，干燥的温度为60-100℃。
[0020]优选地，所述步骤(4)中，在真空下进行干燥。
[0021]进一步优选地，所述步骤(4)中，洗涤的次数为6次，用超纯水和乙醇交替洗涤3次，干燥的温度为60℃。
[0022]优选地，所述步骤(5)中，焙烧过程中的升温的速率为5-10℃/min，升温至700-900℃后，开始焙烧，焙烧的时间为0.5-1h。
[0023]进一步优选地，所述步骤(5)中，焙烧的温度为900℃。
[0024]同时，本专利技术还提供了一种上述的多相催化剂的制备方法制备得到的多相催化剂Fe-GP@CN。
[0025]本专利技术制备方法制得的Fe表面修饰碳氮纳米片多相催化剂，具有丰富的孔隙结构；其表面Fe物种修饰使该催化剂具有很好的磁性，易于收集；Fe物种暴露在碳氮纳米片表面易于反应中与污染物及DO分子的充分接触；在自组装过程中PDA包在氮化碳表面，且Fe物种(Fe
2+
/Fe
3+
)与PDA发生络合，再经过高温焙烧使得PDA碳化，从而形成稳定的Fe-O-C键，使得该催化剂具有优异的稳定性；Fe-O-C键以及Fe0的形成使得催化剂表面形成极性中心，使得该催化剂可快速活化水中DO分子形成氧化性的
·
O
2-，用于水体中有机污染物的氧化分解。
[0026]进一步的，本专利技术还提供了所述的多相催化剂在构建连续流化床反应器中的应用。
[0027]本专利技术利用上述催化剂构建流化床反应器，研究发现反应器连续运行仍可对污染物保持稳定的去除效果。本专利技术操作简便，成本低，难降解有机污染物去除效果明显，反应器催化性能稳定。利用该催化剂构建连续流流化床反应器，经实验发现，该反应器在长期实验中对污染物保持着稳定的去除效果。
[0028]本专利技术提供的多相催化剂在构建连续流化床反应器中，通过蠕动泵控制底端进水-上端出水的连续流模式。所述进水停留时间为20-30min，优选30min；进水流速保证催化剂不被冲走即可。
[0029]进一步的，本专利技术还提供了所述的多相催化剂在水处理中的应用。
[0030]相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0031](1)本专利技术的Fe物种表面修饰碳氮纳米片多相催化剂在反应过程不需要将体系的酸碱度(pH值)调至2～3这种苛刻条件，在中性室温条件下对于水中难生物降解的有机污染物的降解就具有很好的去除效果。
[0032](2)本专利技术的催化剂在降解污染物的过程中能够活化水中DO，无需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备氮化碳纳米片：将尿素焙烧，得到氮化碳纳米片；(2)将盐酸多巴胺、步骤(1)中制备得到的氮化碳纳米片和铁源依次加入磷酸缓冲液中，搅拌溶解，超声，得到混合液A；(3)将步骤(2)中制备得到的混合液A在20-25℃下搅拌5h以上，得到固体产物B；(4)将步骤(3)中制备得到的固体产物B，洗涤、干燥，得到固体产物C；(5)将步骤(4)中制备得到的固体产物C在惰性气体下焙烧，降温后得到所述多相催化剂。2.如权利要求1所述的多相催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焙烧的温度为500-600℃，焙烧的时间为2-4h。3.如权利要求1所述的多相催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，盐酸多巴胺、氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春，吕来，曹文锐，韩沐恩，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：