【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光芬顿催化氧化领域，特别涉及一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂、制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着工业化的发展，许多国家和地区的水资源都受到了不同程度的污染，严重威胁着自然环境和人类健康。在这些工业污水中，抗生素和染料等有机物由于具有生物毒性大、难以降解等特点，成为污水处理的难点之一。目前的处理方法主要包括吸附法、膜分离、混凝法和生化法等，但这些方法存在处理周期长、耗能大以及效率低等缺点。
2、高级氧化技术因其对有机污染物具有很强的氧化和矿化能力而被广泛使用。作为一种典型的高级氧化技术，光芬顿反应是以含铁固体材料作为多相催化剂，并通过光催化过程中产生的光生电子促进双氧水分解生成·oh。同时光生电子可以加速fe(iii)到fe(ii)的循环，从而提高类芬顿氧化能力。
3、在作为非均相类芬顿催化剂的铁基材料中，具有二维层状结构的氯氧化铁(feocl)由于卓越的光电转换性能、合适的能带结构和优异的化学稳定性而受到越来越多的关注。但是feocl光生载流子的快速复合和fe(iii)到fe(ii)的缓慢循环是制约催化性能提升的主要因素。石墨相氮化碳(g-c3n4)作为一种非金属有机半导体材料，由于其合成容易、成本低、稳定性高和环境友好等特点，被广泛应用于污水处理中。g-c3n4具有窄带隙(约2.7ev)，这使其能够响应可见光并与其他半导体材料有效耦合。
4、最近xia等人在journal of photochemistry and photobiology a:chemistry,202
技术实现思路
1、为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中废水中有机物处理效果不理想的问题，本专利技术提供了一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂、制备方法及其应用。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂，该催化剂以g-c3n4纳米片为载体，g-c3n4纳米片载体上负载feocl纳米片，feocl固体中掺杂铜金属元素；
4、优选的，feocl的负载量为5-30％。
5、优选的，铜金属元素的负载量为0.05-0.5％。
6、第二方面，本专利技术提供了降解废水中有机物的光芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、1)将g-c3n4前驱体和氯化铵混合研磨后，置入马弗炉，升温至400-600℃并在该温度下保持100-500min，冷却至室温，得黄色粉末a；
8、2)将步骤1)制得的黄色粉末a、六水合氯化铁和二水合氯化铜加入到无水乙醇中，室温搅拌1-4h，而后经过蒸馏处理，得到粉末b；
9、3)将固体粉末b置入马弗炉，升温至200-350℃，并在该温度下保持1-4h，冷却得处理黑色粉末c；
10、4)将黑色粉末用去离子水洗涤至上清液为无色，将黑色固体在60-80℃下真空干燥2-4小时得到降解废水中有机物的光芬顿催化剂d。
11、优选的，步骤1)中所述g-c3n4前驱体为尿素、双氰胺和三聚氰胺中的一种或多种，g-c3n4前驱体与氯化铵的质量比为1:2-1:6。
12、优选的，步骤2)中所述黄色粉末a与六水合氯化铁质量比为1：1.85-11.1；黄色粉末a与二水合氯化铜质量比为1:0.0018-0.018；黄色粉末a、六水合氯化铁和二水合氯化铜总质量与无水乙醇的质量之比为1:30-1:60。
13、优选的，步骤1)和3)中升温速率为1-5℃/min。
14、第三方面，本专利技术提供了降解废水中有机物的光芬顿催化剂在降解废水中甲基橙和/或四环素的用途。
15、优选的，具体步骤为：向含有甲基橙和/或四环素的废水中加入所述光芬顿催化剂和双氧水，在波长为420-800nm的光源照射下，搅拌反应0.2-2h，滤除催化剂。
16、优选的，所述废水中有机物含量为5-100mg/l，催化剂的加入量满足1 -100mg催化剂/1l废水，进一步优选为20-70mg催化剂/1l废水；双氧水在废水中的浓度为1-10mm，进一步优选为2-7mm；废水的ph值为2-12，进一步优选为3-9；所述搅拌反应在室温下进行，反应时间为0.2-1h。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
18、1)以石墨相碳化氮纳米片为载体，负载掺杂cu金属的feocl纳米片的光芬顿催化剂。该g-c3n4纳米片具有大的比表面和孔体积，以其作为载体将有利于有机物分子在g-c3n4表面的大量吸附和富集，这为光芬顿催化剂的催化降解提供了丰富的原料准备；此外，cu金属在feocl纳米片的掺杂，以及feocl纳米片与g-c3n4形成异质结构，均可以提高催化剂的在可见光下吸收，并且提高了光生载流子的分离，这将加快fe(iii)到fe(ii)的循环，提高了催化剂的光催化效果，从而降低光芬顿处理污水的运行成本。
19、2)针对以下两点：i一般光芬顿催化剂通过三种自由基对有机物尤其是甲基橙和四环素进行降解：·oh，光生空穴和·o2-，以及实际废水中含有的无机盐阴离子会在一定程度上抑制·oh的氧化作用；ii催化剂中氧缺陷的引入可产生一种新的自由基1o2，并且无机盐存在不会影响该自由基对有机物的氧化作用。本专利技术制备的光芬顿催化剂，利用cu金属在feocl纳米片的掺杂，可以引入氧缺陷；feocl在g-c3n4纳米片表面的原位生长，能够进一步增加大量的氧缺陷；在该催化体系中，所生成的部分·oh自由基和·o2-自由基能够转化为1o2。从而在该催化体系中，对有机物光芬顿氧化起到最大作用的是1o2自由基。从而使该催化剂在实际废水仍具有优异的光芬顿氧化效果。
20、3)在催化剂的制备过程中，掺杂cu的feocl纳米片原位生成在g-c3n4纳米片表面，利用两者强烈相互作用力，提高了光芬顿催化剂的催化反应稳定性。此外催化剂制备过程中环保、工艺简单，这将有利于工业化生产；另外本专利技术的光芬顿催化剂在催化处理废水中的有机物，室温条件下进行降解，反应条件温和，成本低，易于实现；而且光芬顿催化剂很容易再生使用，再生多次后仍有非常好的光芬顿催化性能。
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1.一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂，其特征在于：该催化剂以g-C3N4纳米片为载体，g-C3N4纳米片载体上负载FeOCl纳米片，FeOCl固体中掺杂铜金属元素。
2.根据权利要求1所述的一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂，其特征在于，FeOCl的负载量为5-30％，铜金属元素的负载量为0.05-0.5％。
3.一种根据权利要求1所述的降解废水中有机物的光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述g-C3N4前驱体为尿素、双氰胺和三聚氰胺中的一种或多种，g-C3N4前驱体与氯化铵的质量比为1:2-1:6。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述黄色粉末A与六水合氯化铁质量比为1：1.85-11.1；黄色粉末A与二水合氯化铜质量比为1:0.0018-0.018；黄色粉末A、六水合氯化铁和二水合氯化铜总质量与无水乙醇的质量之比为1:30-1:60。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)和3)中升温速率为1-5℃/m
7.根据权利要求1所述的降解废水中有机物的光芬顿催化剂在降解废水中甲基橙和/或四环素的用途。
8.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，具体步骤为：向含有甲基橙和/或四环素的废水中加入所述光芬顿催化剂和双氧水，在波长为420-800nm的光源照射下，搅拌反应0.2-2h，滤除催化剂。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述废水中有机物含量为5-100mg/L，催化剂的加入量满足1-100mg催化剂/1L废水；双氧水在废水中的浓度为1-10mM；废水的pH值为2-12，所述搅拌反应在室温下进行，反应时间为0.2-1h。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，废水中催化剂的加入量为20-70mg催化剂/1L废水，双氧水在废水中的浓度为2-7mM，废水的pH值为3-9。
...【技术特征摘要】
1.一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂，其特征在于：该催化剂以g-c3n4纳米片为载体，g-c3n4纳米片载体上负载feocl纳米片，feocl固体中掺杂铜金属元素。
2.根据权利要求1所述的一种降解废水中有机物的光芬顿催化剂，其特征在于，feocl的负载量为5-30％，铜金属元素的负载量为0.05-0.5％。
3.一种根据权利要求1所述的降解废水中有机物的光芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述g-c3n4前驱体为尿素、双氰胺和三聚氰胺中的一种或多种，g-c3n4前驱体与氯化铵的质量比为1:2-1:6。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述黄色粉末a与六水合氯化铁质量比为1：1.85-11.1；黄色粉末a与二水合氯化铜质量比为1:0.0018-0.018；黄色粉末a、六水合氯化铁和二水合氯化铜总质量与无水乙醇的质...
【专利技术属性】
技术研发人员：商希礼，段永正，贾冬梅，李长海，黄西振，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：
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