一种用于抗生素废水催化氧化处理的复合催化剂制造技术

本发明专利技术属于抗生素废水的处理技术领域，具体涉及一种用于抗生素废水催化氧化处理的复合催化剂，本发明专利技术将助催化剂MoS

【技术实现步骤摘要】
一种用于抗生素废水催化氧化处理的复合催化剂
本专利技术属于抗生素废水的处理
，具体涉及一种用于抗生素废水催化氧化处理的复合催化剂。
技术介绍
自青霉素用于临床治疗以来，已有数千种抗生素被合成并被广泛地用于人类感染性疾病的治疗以及水产、畜牧养殖等行业，为人类生产和生活提供了有效的保障。然而，抗生素的过度使用导致各种耐药菌和耐药基因在环境中被不断检出。耐药基因可通过遗传和水平基因转移在亲代和其它菌种间传播而引发细菌的多重耐药性，严重威胁人类健康、生态安全及全球公共卫生系统的有效性。污水处理厂是人类生产、生活污水的交汇点，也是抗生素的储存库。然而，现有污水处理厂难以完全去除抗生素，致使大量的抗生素被释放到环境中，成为国内外广为关注的一类新兴污染物。因此，研发废水中抗生素的控制技术是当前环境科学领域的研究热点和前沿课题之一。基于自由基的高级氧化技术具有氧化能力强的优点，在高效去除难降解有机污染物方面具有极大的优势。其中，以Fe2+为催化剂、H2O2为氧化剂的传统Fenton反应具有操作简单、氧化能力强的特点，被广泛用于有机污染物的污染控制方面，并且已有诸多的实际工业应用案例。然而，由于Fe3+在高溶液pH值条件下不稳定，传统Fenton反应只能在酸性条件下使用(2.5-3)。同时，反应完成后需要将出水的pH调节至中性环境。在这一过程中，会有大量的铁泥产生，导致成本提高和二次污染。Fe2+能与氧化剂PMS(过一硫酸盐)迅速反应生成羟基自由基和硫酸根自由基氧化去除污染物，但Fe3+的沉淀和还原困难严重地影响着这一技术的活性。为了解决铁离子的沉淀问题，多种固体含铁材料如含铁矿物、铁氧化物等被广泛的用于催化PMS的研究。然而，由于污染物的催化降解是非均相反应过程，受表面活性位点的限制，这类反应的活性往往不高，导致目标污染物的降解动力学过于缓慢。而针对铁在不同价态间转换困难的问题，一般是通过外在添加一些还原剂如盐酸羟胺、抗坏血酸等来促进铁的还原，进而能够显著地加速氧化性物种的产生。然而，这些强还原剂本身也是自由基捕获剂，在水溶液中有很高的溶解度，在实际应用过程中其最佳的用量难以控制，且可能会造成二次污染。因此，有必要开发一种新型催化剂来加速铁在不同价态间的循环和抑制Fe3+在中性/高pH条件下的水解沉淀。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于抗生素废水催化氧化处理的复合催化剂，通过往Fe3+中添加助催化剂MoS2组成复合催化剂，从而提高铁基催化剂的高pH值适用性，减少铁泥的产生。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提供一种复合催化剂，包括MoS2和Fe3+。优选地，所述Fe3+的质量含量为1‰～20‰。本专利技术还提供了上述的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将MoS2加入到铁源的水溶液中，搅拌混合均匀得到混合物；S2、混合物经干燥后制得复合催化剂。优选地，所述铁源为硝酸铁(Fe(NO3)3)·9H2O。优选地，所述铁源的水溶液的pH值为3.0。优选地，所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为0.5-1.5个小时。进一步地，搅拌时间为1个小时。本专利技术还提供了上述的复合催化剂在抗生素废水催化氧化处理中的应用。优选地，所述抗生素废水的pH值为3.0-7.0。优选地，所述MoS2包括但不限于商业微米级MoS2。MoS2的零电位点小于2.0，在水环境相关pH值(3-9)条件下，MoS2表面带有大量的负电荷，以MoS2为助催化剂，水溶液中带正电的Fe3+离子催化剂会快速地吸附到MoS2表面，成为表面络合态的铁，从而有效地阻止了Fe3+在高pH值下的水解沉淀问题。因此，以MoS2为助催化剂可以有效地扩展Fe3+的pH适用范围，解决传统均相Fenton反应只适用于酸性条件的问题。此外，催化反应过程中Fe在不同价态之间的循环是一大难题。MoS2中的S26-具有很高的还原活性，能够通过加速Fe3+到Fe2+的还原来加快Fe在不同价态之间的循环。MoS2的这一特性使得微量的Fe3+具有很高的催化活性。因此，通过添加助催化剂MoS2的简便方法，本专利技术提供的铁基复合高级氧化催化剂适用pH值广而高效。优选地，所述抗生素包括但不限于磺胺嘧啶。本专利技术还提供了一种抗生素废水的氧化降解方法，即将上述的复合催化剂在搅拌下加入到含有PMS(过一硫酸盐，用作氧化剂)的抗生素废水中即可对废水中的抗生素进行催化降解。优选地，所述复合催化剂与抗生素废水的比例为(10～100)mg:100mL。进一步地，复合催化剂与抗生素废水的比例为50mg:100mL。优选地，所述PMS的浓度为0.5mM。优选地，所述抗生素在抗生素废水中的浓度不大于5mg/L。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种复合催化剂，将助催化剂MoS2引入到Fe3+催化剂中，用于抗生素废水的催化氧化处理时，可通过在反应过程中产生表面络合态三价铁和加速铁在不同价态间的循环来扩展Fe3+的高pH值适用性，促进强氧化性物种自由基的产生，从而提高抗生素污染物在中性条件下的去除效果和减少铁泥的产生。总的来说，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所采用的复合催化剂仅包含MoS2和Fe3+。这一催化剂制备过程非常简单，通过简单的搅拌混合、干燥即可制备得到，既不需要高温高压氛围，也不需要消耗有毒有害的试剂。因此，本专利技术的复合催化剂环保且成本低。(2)以MoS2为助催化剂，能够将Fe3+-PMS氧化体系的pH适用范围从酸性扩展到中性。同时，由于MoS2对络合态Fe3+的还原转化作用，MoS2的存在能够显著地提高微量Fe3+的催化性能，从而避免了大量铁泥的产生。因此，反应前不需要进行pH调节，反应后也无需处理铁泥。(3)在复合催化剂中，表面络合态的Fe3+起催化作用，而MoS2主要起助催化剂的作用，同时，MoS2不溶于水。因此，MoS2具有很高的稳定性，可以重复利用。附图说明图1为MoS2的电子显微镜图；图2为复合催化剂对磺胺嘧啶抗生素废水的处理效果；图3为复合催化剂催化反应的电子自旋共振波谱图；图4为复合催化剂在不同pH条件下对磺胺嘧啶抗生素废水的处理效果。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。实施例中选用的MoS2为微米结构的商业化学试剂(购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，比表面积约14.8m2g-1(见图1)。实施例1用复合催化剂MoS2-1Fe处理抗生素废水(1)催化剂制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合催化剂，其特征在于，包括MoS

【技术特征摘要】
1.一种复合催化剂，其特征在于，包括MoS2和Fe3+。


2.根据权利要求1所述的一种复合催化剂，其特征在于，所述Fe3+的质量含量为1‰～20‰。


3.权利要求1或2所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将MoS2加入到铁源的水溶液中，搅拌混合均匀得到混合物；
S2、混合物经干燥后制得复合催化剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁源为硝酸铁(Fe(NO3)3)·9H2O。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁源的水溶液的pH值为3.0。

【专利技术属性】
技术研发人员：冯勇，李谕，杨滨，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44