【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高级氧化技术在污水处理中的应用，具体是涉及一种能够有效激活h2o2降解污染物的芬顿催化剂的制备方法。
技术介绍
0、技术背景
1、现如今，工业的快速发展对工业用水量的需求越来越大，而且人口的急剧增加也对水资源的有效供给提出了严峻的考验。不幸的是，在对水资源需求急剧增加的同时，水污染问题也越来越严重。抗生素自专利技术以来已经拯救了无数人和动物的生命。但是，大量的抗生素在使用过程中没能被完全吸收，最终导致很大一部分以原药或者代谢产物的形式进入自然水体中；染料类污染物也被大量的使用于纺织业、印刷业、造纸、制革等行业，这会导致大量的污染物被排放入水中。它们的存在会威胁水环境中动物的生存，甚至由于生物富集作用进而危害人体。
2、高级氧化技术(advanced oxidation process,简称aops)被认为是处理水中低生化性污染物最有前景的技之一。aops处理污染物的机制是通过生成具有高氧化性的活性自由基(·oh、o2·-等)来引发自由基和污染物之间的自由基链反应，达到彻底矿化污染物或者氧化分解污染物以增强其可生化性，进而通过后续的处理办法彻底降解。aops中的芬顿氧化技术是研究最为广泛的技术之一。传统的均相芬顿反应是利用fe2+与h2o2反应生成活性自由基以矿化污染物，然而，该反应并不能应用于实际的污水处理。例如，当超过一定ph值(ph＞3)时候,铁离子会因为形成沉淀而析出并形成铁泥，这就需要调节实际的废水ph值(约等于7)以满足正常的芬顿反应，而且还需要持续地添加铁源以维持反应进行。异相芬
3、实际上，催化剂表面的h2o2活化以及活性金属位点向被吸附的h2o2的有效电子转移，是影响芬顿催化剂性能的关键因素。因此，通过合理调控催化剂的表面电子性质，可以提高芬顿催化剂的反应性能，这为开发先进的芬顿催化剂提供了可能性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出了一种新型异相芬顿催化剂的制备方法及其活化h2o2生成自由基对水体中染料类、抗生素类污染物的降解作用。首先，通过对原始氮化碳粉末做碱性碱性水热处理合成了一种羟基接枝g-c3n4，随后通过水热法诱导羟基接枝g-c3n4与氧化铜粉末之间发生界面络合反应，实现了氧化铜颗粒在羟基接枝g-c3n4有效固定。通过合理配置催化剂和h2o2的应用浓度实现了有效处理废水中抗生素类污染物和染料类污染物的作用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、(1)羟基枝接g-c3n4基底的制备
4、准确称取10g三聚氰胺(c3h6n6)于研钵中并研磨20min，然后在马弗炉中以5℃/min的升温速率加热，并在550℃下加热三小时。将得到的黄色块状g-c3n4完全研磨成粉末制得原始g-c3n4粉末。羟基枝接g-c3n4基底是通过对原始g-c3n4应用碱性水热法制得。首先，将1g原始g-c3n4在室温下分散于0.5mol/l、30ml的氢氧化钾溶液中，搅拌20min。随后，将混合溶液转移到一个具有50ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并将反应釜放在电热恒温箱中以140℃加热720min。待反应釜冷却后，经过离心收集沉淀，并用超纯水将收集到的固定物质洗涤三次。将洗涤后的物质在60摄氏度下干燥12小时后，将样品研磨成粉末制得羟基枝接g-c3n4基底(cn-0.5)。
5、(2)新型纳米cuo颗粒负载羟基枝接g-c3n4芬顿催化剂的制备
6、取0.3g cn-0.5粉末样品、0.15g三水硝酸铜和300μl氨水加入到装有30ml超纯水的烧杯中，并搅拌2h。随后将混合溶液转移到一个具有50ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并在130℃的环境下反应240min。待反应结束后，经过离心获得催化剂，并在用超纯水洗涤3次后，在60℃环境干燥12h。干燥后的固体通过研磨获得最终的粉末催化剂，将其命名为cu-cn-0.5。
7、将在步骤(2)中制备好的芬顿催化剂与h2o2一起置于污染物溶液中，考察芬顿催化剂对ph变化的适应性、对水中共存离子对催化剂的芬顿去除效率的影响、多种污染物的去除率等指标。
8、利用上述方法制备得到的芬顿催化剂活化h2o2对染料、抗生素类污染物具有降解作用，具有抗污染性能。染料污染物包括罗丹明b、甲基橙，抗生素类污染物包括环丙沙星、双氯芬酸钠、磺胺甲恶唑、磺胺乙恶唑。
9、所述抗污染性能是以浓度为5mm阴离子和腐殖酸作为测试物质；所述阴离子包括cl-,hco3-,no3-。
10、本专利技术的显著优点在于：
11、本专利技术制备芬顿催化剂的方法中利用了表面络合的方法，显著增强了金属氧化铜颗粒在催化剂表面的固定能力。通过在原始g-c3n4的表面引入羟基官能团，进而在第二次水热过程中使纳米氧化铜颗粒与羟基g-c3n4基底表面的羟基进行络合并建立化学连接。在很多传统的异相芬顿催化剂中，活性颗粒往往是吸附在催化剂表面，这会降低催化剂的可重用性。通过该方法，可以显著降低催化剂的金属浸出率并使催化剂的能够保持稳定持久。
12、本专利技术通过表面络合反应将纳米氧化铜颗粒引入了催化剂的表面，不仅有效的在催化剂表面固定了纳米氧化铜颗粒，还在催化剂表面诱导了电荷的再分配。具体来说，由于功函数的不同，当氧化铜颗粒和羟基g-c3n4基底建立链接时，基底中的一部分电子沿着化学键转移到了氧化铜颗粒中，从而在氧化铜颗粒表面形成了富电子区域，而在络合位点附件由于电子的转移，形成了缺电子中心。在一个类芬顿过程中，h2o2会被优先吸附于催化剂上的富电子区域，被激活成羟基自由基，而污染物则被吸附在缺电子区域，通过π-π堆叠向催化剂注入电子和能量，取代h2o2成为了系统新的电子供体，而h2o2则主要被用于激活成为具有高氧化性自由基，这避免了h2o2的无效利用，并显著增加催化剂对h2o2的利用率。通过界面络合反应，本专利技术发展出了一种新型的h2o2界面激活机制，突破了传统异相芬顿机制的桎梏。
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1.一种氧化铜颗粒负载羟基枝接g-C3N4异相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，通过水热法诱导界面络合反应，将纳米级CuO颗粒均匀络合于富羟基氮化碳表面，并形成一种具有先进界面反应机制的芬顿催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铜颗粒负载羟基枝接g-C3N4异相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原始g-C3N4粉末的制备方法包括：准确称取10g三聚氰胺于研钵中并研磨20min，然后在马弗炉中以5℃/min的升温速率加热，并在550℃下加热三小时；冷却后，将得到的黄色块状g-C3N4完全研磨成粉末制得原始g-C3N4粉末。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述原始g-C3N4粉末为1g分散于0.5mol/L、30ml的氢氧化钾溶液中；所述反应釜在电热恒温箱中以140℃保温720min；所述洗涤后的物质干燥条件为60℃，12h；所述氢氧化钾溶液的浓度为0.5mol/L。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述CN-0.5粉末样品为0.3g，三水硝酸铜0.15g，氨水300μL。
7.一种芬顿催化剂，其特征在于，所述芬顿催化剂利用权利要求1-6任一所述方法制备得到，所述芬顿催化剂活化H2O2对染料、抗生素类污染物具有降解作用，具有抗污染性能。
8.根据权利要求7所述的催化剂，其特征在于，染料污染物包括罗丹明B、甲基橙，抗生素类污染物包括环丙沙星、双氯芬酸钠、磺胺甲恶唑、磺胺乙恶唑。
9.根据权利要求7所述的催化剂，其特征在于，所述抗污染性能是以浓度为5mM阴离子和腐殖酸作为测试物质；所述阴离子包括Cl-,HCO3-,NO3-。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化铜颗粒负载羟基枝接g-c3n4异相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，通过水热法诱导界面络合反应，将纳米级cuo颗粒均匀络合于富羟基氮化碳表面，并形成一种具有先进界面反应机制的芬顿催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铜颗粒负载羟基枝接g-c3n4异相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原始g-c3n4粉末的制备方法包括：准确称取10g三聚氰胺于研钵中并研磨20min，然后在马弗炉中以5℃/min的升温速率加热，并在550℃下加热三小时；冷却后，将得到的黄色块状g-c3n4完全研磨成粉末制得原始g-c3n4粉末。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述原始g-c3n4粉末为1g分散于0.5mol/l、30ml的氢氧化钾溶液中；所述反应釜在电热恒温箱中以140℃保温720min；所述洗...
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