一种负载型FeP催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及无机催化剂材料技术领域，具体公开一种负载型FeP催化剂及其制备方法和应用。负载型FeP催化剂包括：多孔氧化铝球载体和负载在所述多孔氧化铝球载体表面和孔道内的FeP纳米颗粒。本发明专利技术以硫酸亚铁为铁源，经氧化聚合制备聚合硫酸铁溶液，将多孔氧化铝球浸渍聚合硫酸铁，然后在特定条件下进行老化，使聚合硫酸铁在氧化铝球的表面和孔道内转化为黄钾铁矾类物质，通过后续磷化使黄钾铁钒类物质转化为FeP，从而实现了FeP纳米颗粒在氧化铝球表面和孔道内的牢固负载，显著提高了FeP的负载量，进而保证了负载后FeP催化剂的高催化活性，同时，催化剂循环使用多次后仍可保持较高的催化活性，具有较高的推广应用价值。具有较高的推广应用价值。具有较高的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种负载型FeP催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及无机催化剂材料
，尤其涉及一种负载型FeP催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会和科学技术的快速发展，废水的排放量不仅逐年增加，而且核心指标水中COD的含量，根据不同标准要求降到50mg/L、30mg/L，甚至为了实现回用价值，降到20mg/L以下。高级氧化技术在污水处理厂的深度处理中的应用越来越多。目前，工业废水种类繁多，且具有成分复杂、色度较高、化学需氧量(COD)高、排放量大等特点。由Fe
2+
和H2O2构建的传统均相芬顿催化系统可用于降解持久性有机物，然而因该系统反应后会产生含铁污泥，易造成二次污染，因此，实际应用受到了一定限制。在此基础后，后续发展了各种过渡金属氧化物、复合氧化物等和H2O2构建的异相(类)芬顿系统，与均相芬顿系统相比，异相芬顿系统克服了均相芬顿系统易产生含铁污泥的特点，但是，此类系统污染物的降解时间需要数个小时，降解效率较低。
[0003]最近，我们发现FeP对H2O2分解具有较高的催化活性，在微量Fe
2+
或Fe
3+
的诱发下，可在较宽的范围内快速产生
·
OH，实现有机污染物的快速降解。但是，作为粉末型FeP催化剂，其在降解污染物时易流失，很难实现全部回收利用，导致催化剂成本较高。因此，研发一种低成本、催化活性高、可重复回收利用的新型催化剂，对于污染物的降解具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中使用的粉末型FeP催化剂较难实现回收利用，导致催化剂成本高的问题，本专利技术提供一种负载型FeP催化剂及其制备方法和应用，本专利技术通过将FeP负载到氧化铝载体的表面和孔道内，在保证负载催化剂高活性的前提下，还显著提高了催化剂的循环使用次数，显著降低了催化剂的使用量和成本，具有较高的实用价值。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种负载型FeP催化剂，其包括：多孔氧化铝球载体和负载在所述多孔氧化铝球载体表面和孔道内的FeP纳米颗粒。
[0007]相对于现有技术，本专利技术提供的负载型FeP催化剂，将FeP负载到多孔氧化铝球的表面和孔道内，通过氧化铝球大的比表面积提高FeP纳米颗粒的分散性，大大提高了催化活性和稳定性，同时，催化剂便于回收利用，且循环使用多次后仍可保持较高的催化活性，具有较高的推广应用价值。
[0008]本专利技术实施例提供的负载型FeP催化剂具有优异的催化活性，可在1min内实现有机污染物的充分降解，且催化剂可多次回收利用，有效降低了催化剂的使用成本，符合绿色环保的理念，实用价值极高。
[0009]优选的，所述FeP纳米颗粒不完全填充所述多孔氧化铝球载体的孔道。
[0010]FeP纳米颗粒不完全填充多孔氧化铝球载体的孔道，不但可提高FeP纳米颗粒的负载量，还保证了制备的负载FeP催化剂具有较大的孔体积和比表面积，且有利于暴露更多的FeP活性位点，从而显著提高负载型FeP催化剂的催化活性。
[0011]优选的，所述多孔氧化铝球载体为毫米级以上多孔氧化铝球。
[0012]优选的以多孔氧化铝球作为载体的催化剂更有利于催化剂的回收利用，且制备得到的负载型催化剂不仅适用于间歇反应釜中，还可以填充至流动床反应器中使用，应用形式更多。
[0013]示例性的，所述多孔氧化铝球载体的粒径为4mm～6mm。
[0014]优选的，所述FeP纳米颗粒为棒状颗粒，直径为20nm～80nm，长度为0.4μm～0.6μm。
[0015]优选的FeP纳米颗粒有利于提高催化剂的催化活性。
[0016]优选的，所述FeP纳米颗粒的负载量为0.03g/g载体～0.07g/g载体。
[0017]优选的，所述负载型FeP催化剂的比表面积为160m2/g～220m2/g。
[0018]优选的，所述负载型FeP催化剂的孔体积为0.2mL/g～0.3mL/g。
[0019]另一方面，本专利技术还提供了上述任一项所述的负载型FeP催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0020]步骤a、将多孔氧化铝球进行水洗或酸洗，干燥，得预处理氧化铝球；
[0021]步骤b，将所述预处理氧化铝球加入聚合硫酸铁溶液中，分散均匀，浸渍，老化，干燥，得黄钾铁钒类/氧化铝复合材料；
[0022]步骤c、惰性气氛下，将所述黄钾铁钒类/氧化铝复合材料进行磷化，得所述负载型FeP催化剂。
[0023]专利技术人在研发过程中曾尝试，将多孔氧化铝球浸渍至三价铁盐溶液中，然后滴加氢氧化钠溶液，磷化，制备负载型FeP催化剂的方法，但是，发现制备得到的催化剂中FeP颗粒的负载量很低，催化剂活性显著低于以聚合硫酸铁制备的催化剂的活性。经电镜分析发现，仅少量FeP颗粒负载到了多孔氧化铝球的表面，极少进入氧化铝球的孔道内。
[0024]经过创造性思维，专利技术人发现以硫酸亚铁溶液为铁源，经氧化聚合得到聚合硫酸铁，再将多孔氧化铝球浸渍聚合硫酸铁，然后在特定条件下进行老化，使聚合硫酸铁在氧化铝球的表面和孔道内转化为黄钾铁矾类物质，该方法得到的黄钾铁矾类物质与多孔氧化铝球具有较强的结合力，通过后续磷化使氧化铝球表面和孔道内的黄钾铁钒类物质转化为FeP，从而实现了FeP纳米颗粒在氧化铝球表面和孔道内的牢固负载，显著提高了FeP的负载量，进而保证了负载后FeP催化剂的高催化活性；同时，由于FeP与氧化铝球结合牢度高，从而减少了回收过程中FeP的损失，从而保证了催化剂多次重复利用依然具有较高的催化活性，进而有利于显著降低催化剂的使用成本，应用前景广阔。
[0025]本专利技术提供的负载型FeP催化剂的制备方法，操作简单，适合规模化生产，为类芬顿催化剂材料的制备提供了一种新思路，具有较高的推广应用价值。
[0026]示例性的，步骤a中，采用磁力搅拌水洗、超声水洗或者质量浓度6％～10％的稀硫酸清洗，均可达到基本相当的技术效果，优选水洗的方式对多孔氧化铝球进行预处理。清洗以洗涤液中不出现白色颗粒物为准。
[0027]通过对多孔氧化铝球进行上述处理，不但可提高FeP纳米颗粒的负载量，还可使FeP纳米颗粒部分填充氧化铝球的孔道，不会形成闭孔，保证了制备的负载FeP催化剂具有
较大的孔体积和比表面积，为反应物提供更多的传输通道，且有利于暴露更多的FeP活性位点，从而显著提高负载型FeP催化剂的催化活性。
[0028]本专利技术中所述惰性气氛由惰性气体提供，惰性气体为本领域常规的惰性气体，如氮气、氩气等。
[0029]优选的，步骤b中，所述聚合硫酸铁溶液的制备方法包括如下步骤：
[0030]35℃～45℃下，向硫酸亚铁水溶液中加入浓硫酸，混合均匀，滴加氧化剂溶液，滴加结束后升温至50℃～55℃反应50min～70min，然后加入钠盐溶液，保温反应90min～120min，冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型FeP催化剂，其特征在于，包括：多孔氧化铝球载体和负载在所述多孔氧化铝球载体表面和孔道内的FeP纳米颗粒。2.如权利要求1所述的负载型FeP催化剂，其特征在于，所述FeP纳米颗粒不完全填充所述多孔氧化铝球载体的孔道。3.如权利要求1或2所述的负载型FeP催化剂，其特征在于，所述FeP纳米颗粒为棒状颗粒，直径为20nm～80nm，长度为0.4μm～0.6μm；和/或所述多孔氧化铝球载体为毫米级多孔氧化铝球。4.如权利要求1所述的负载型FeP催化剂，其特征在于，所述FeP纳米颗粒的负载量为0.03g/g载体～0.07g/g载体。5.如权利要求1所述的负载型FeP催化剂，其特征在于，所述负载型FeP催化剂的比表面积为160m2/g～220m2/g；和/或所述负载型FeP催化剂的孔体积为0.2mL/g～0.3mL/g。6.权利要求1
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5任一项所述的负载型FeP催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、将多孔氧化铝球进行水洗或酸洗，干燥，得预处理氧化铝球；步骤b，将所述预处理氧化铝球加入聚合硫酸铁溶液中，分散均匀，浸渍，老化，干燥，得黄钾铁钒类/氧化铝复合材料；步骤c、惰性气氛下，将所述黄钾铁钒类/氧化铝复合材料进行磷化，得所述负载型Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，魏雨，闫德利，
申请(专利权)人：河北铭万精细化工有限公司，
类型：发明
国别省市：