一种硼掺杂铜氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术特别涉及一种硼掺杂铜氧化物催化剂及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域，方法包括：将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜

【技术实现步骤摘要】
一种硼掺杂铜氧化物催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于污水处理
，特别涉及一种硼掺杂铜氧化物催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]越来越多的有毒有机污染物不断排入水体，给生态环境安全造成了严重威胁。因此难降解有毒有机污染物的处理成为改善水体污染、重建良好生态环境的重点任务。
[0003]常见的AOPs包括光催化、Fenton、类光Fenton、基于硫酸根自由基(SO4·
‑
)的类Fenton技术等。而在AOPs的反应过程中，能产生一些高活性的自由基例如羟基自由基(
·
OH)，SO4·
‑
，和超氧自由基(
·
O2)等。这些自由基能有效的将水体中的有毒有机污染物氧化成H2O和CO2等小分子物质，近年来广泛应用于工业废水的处理中。同时，近年来基于1O2和电子转移的非自由基反应因其高效的处理性能也受到越来越多的关注。非自由基反应是一种发生在催化剂表面的氧化反应，被活化的过硫酸盐是其反应体系中的主要活性物质。自由基和非自由基途径的协同作用可能实现复杂水环境中污染物的高效降解。
[0004]AOPs中催化剂的使用能加速氧化还原过程的发生成为目前研究的重点。其中均相催化因催化活性位点能全部被利用，而具有较好的催化性能。但是存在催化剂用量较大、成本较高、且难以与降解产物分离不易回收利用等缺点。相对于均相催化来说，非均相催化剂具有来源广泛、制备简单、并且材料易于回收利用等优点，引起了人们的关注。
[0005]铜具有与铁类似的氧化还原特性，比铁更宽的pH适用范围，最关键的是Cu
2+
被氧化剂还原为Cu
+
的速率常数约为460M
‑1s
‑1，远远大于铁，且铜物种更容易与溶液中的酚类有机配体发生络合。但是，非均相催化剂中的电子转移速率低、金属价态循环慢、氧化剂利用效率低等缺陷限制了其进一步应用。
[0006]然而，现有技术中，通常采用金属掺杂等方式改善铜氧化物的性质，以达到加速金属循环的目的。然而金属掺杂成本高、可能导致多种金属污染的问题难以解决。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种硼掺杂铜氧化物催化剂及其制备方法和应用，以解决目前金属价态循环的速率限制和氧化剂还原高价金属导致无效分解的问题。。
[0008]本专利技术实施例提供了一种硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括：
[0009]将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜
‑
硼复合物；
[0010]将所述铜
‑
硼复合物进行加热反应，得到硼掺杂铜氧化物催化剂；
[0011]其中，所述含硼化合物为硼酸，所述含铜化合物为可挥发的有机或无机含铜化合物。
[0012]可选的，以质量分数计，所述硼酸和含铜化合物的混合比值不大于50％。
[0013]可选的，所述将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜
‑
硼复合物，具体包括：
[0014]将含铜化合物进行干磨，得到铜源粉末；
[0015]将含硼化合物和所述铜源粉末进行混合干磨，得到铜
‑
硼复合物；
[0016]其中，所述干磨的时间为20min
‑
120min，所述铜源粉末的粒度＜100μm，所述混合干磨的时间为20min
‑
120min，所述铜
‑
硼复合物的粒度＜100μm。
[0017]可选的，所述含铜化合物包括一水合乙酸铜、乙酰丙酮铜、柠檬酸铜、葡萄糖酸铜、8
‑
羟基喹啉铜、三水合硝酸铜或二水合氯化铜中的一种。
[0018]可选的，硼酸为工业级纯度以上。
[0019]可选的，所述加热反应的温度为300℃以上，所述加热反应的时间为0.5h
‑
6h。
[0020]可选的，所述加热反应的温度为300℃
‑
700℃。
[0021]可选的，所述加热反应的温度为500℃。
[0022]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种硼掺杂铜氧化物催化剂，所述催化剂采用如上所述的硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法制得。
[0023]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种硼掺杂铜氧化物催化剂的应用，所述应用包括将如上所述的硼掺杂铜氧化物催化剂应用于处理含有机污染物的污水。
[0024]可选的，所述处理含有机污染物的污水具体包括：
[0025]将氧化剂和所述催化剂加入到含有机污染物的所述污水中进行反应。
[0026]可选的，所述氧化剂的使用质量浓度为所述污水的有机污染物质量浓度的0.1
‑
1000倍，所述催化剂的使用质量浓度为0.01g/L
‑
10g/L。
[0027]可选的，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐和双氧水中的一种。
[0028]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0029]本专利技术实施例提供的硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括：将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜
‑
硼复合物；将所述铜
‑
硼复合物进行加热反应，得到硼掺杂铜氧化物催化剂；其中，所述含硼化合物为硼酸，所述含铜化合物为一水合乙酸铜，采用非金属硼来进行掺杂，利用硼外层2p轨道中的单电子而具有的电子供体特性，实现高效的自由基/非自由基途径协同，提高氧化剂有效利用率，解决了目前金属价态循环的速率限制和氧化剂还原高价金属导致无效分解的问题。
[0030]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0032]图1是本专利技术实施例提供的方法的流程图；
[0033]图2是本专利技术实施例提供的不同硼酸掺杂量的硼掺杂铜氧化物的XRD谱图；
[0034]图3是本专利技术实施例提供的不同硼酸掺杂量的硼掺杂铜氧化物的CuO/Cu2O比值测试结果图；
[0035]图4是本专利技术实施例提供的不同硼酸掺杂量的硼掺杂铜氧化物的FT
‑
IR谱图；
[0036]图5是本专利技术实施例提供的不同硼酸掺杂量的硼掺杂铜氧化物的N2吸脱附曲线图；
[0037]图6是本专利技术实施例提供的不同硼酸掺杂量的硼掺杂铜氧化物的孔径大小图；
[0038]图7是本专利技术实施例提供的硼掺杂铜氧化物的SEM图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜
‑
硼复合物；将所述铜
‑
硼复合物进行加热反应，得到硼掺杂铜氧化物催化剂；其中，所述含硼化合物为硼酸，所述含铜化合物为可挥发的有机或无机含铜化合物。2.根据权利要求1所述的硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述硼酸和含铜化合物的混合比值不大于50％。3.根据权利要求1所述的硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述将含硼化合物和含铜化合物进行研磨混合，得到铜
‑
硼复合物，具体包括：将含铜化合物进行干磨，得到铜源粉末；将含硼化合物和所述铜源粉末进行混合干磨，得到铜
‑
硼复合物；其中，所述干磨的时间为20min
‑
120min，所述铜源粉末的粒度＜100μm，所述混合干磨的时间为20min
‑
120min，所述铜
‑
硼复合物的粒度＜100μm。4.根据权利要求3所述的硼掺杂铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述含铜化合物包括一水合乙酸铜、乙酰丙酮铜、柠檬酸铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东亚，关泽宇，左诗语，丁艺琛，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：