公布日：2023.10.31
申請(qǐng)日：2023.07.04
分類號(hào)：B01J27/22(2006.01)I;C02F1/72(2023.01)I;B01J27/053(2006.01)I;B01J35/00(2006.01)I;B01J35/02(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑及其制備方法，所述催化劑是以碳化鈦為助催化劑，以硫化亞鐵為活性組分構(gòu)成的復(fù)合材料。其制備方法為，先對(duì)鈦碳化鋁進(jìn)行刻蝕，獲得剝離鋁層的多層碳化鈦材料，在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì)其進(jìn)行超聲后，多次離心，對(duì)獲得上清液進(jìn)行冷凍干燥，獲得單層碳化鈦材料。采用原位共沉淀法制備復(fù)合材料，將一定量碳化鈦材料投加于含去離子水的燒杯中，在充氮?dú)獗Ｗo(hù)下，投加不同比例的鐵源及硫源，攪拌一定時(shí)間后，進(jìn)行冷凍干燥或者離心后對(duì)沉淀進(jìn)行真空干燥處理，即可獲得復(fù)合材料。本發(fā)明的制備方法條件溫和，所得催化劑催化活性高，且使用后的催化劑可以進(jìn)行回收利用，減少資源浪費(fèi)并降低成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑，所述催化劑為主要由碳化鈦和硫化亞鐵構(gòu)成的復(fù)合材料，其特征在于，按照重量百分比計(jì)，所述催化的原料組成及含量為：碳化鈦11.1-33.3%，硫化亞鐵66.7-88.9%；所述硫化亞鐵與碳化鈦質(zhì)量比為2-10:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑，其特征在于，所述復(fù)合材料為納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的粒徑為30-60nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）對(duì)鈦碳化鋁采用LiF/HCl進(jìn)行刻蝕，剝離鋁層，用稀鹽酸清洗，采用去離子水清洗至上清液pH為6-7，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行超聲，離心8-15次后上層液體為墨綠色時(shí)取上清液進(jìn)行冷凍干燥，溫度為-40℃至-20℃，得到碳化鈦；（2）將上述獲得的碳化鈦與去離子水混合，攪拌至完全溶解，形成均勻的溶液；（3）向上述溶液中加入鐵源，攪拌均勻后投加硫源，攪拌30-60min后靜置沉淀，進(jìn)行老化，得到混合物；（4）將上述混合物進(jìn)行冷凍干燥處理或離心后將沉淀進(jìn)行真空干燥處理，得到所述碳化鈦與硫化亞鐵的復(fù)合材料催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述刻蝕溫度為30-45℃，刻蝕時(shí)間為24-48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述超聲時(shí)間為15-30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述碳化鈦與去離子水按照1g:500-1000mL的固液比進(jìn)行混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述鐵源包括硫酸亞鐵、氯化亞鐵；所述硫源包括無(wú)水硫化鈉、九水合硫化鈉、硫脲；所述鐵源和硫源的摩爾比為1:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述碳源為碳化鈦，所述鐵源為硫酸亞鐵；所述溶液中按照碳化鈦與生成的硫化亞鐵質(zhì)量比為1:2-10加入碳源和硫源；所述混合物中硫化亞鐵與碳化鈦質(zhì)量比為2-10:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（4）中所述冷凍干燥時(shí)間為48-72h，溫度為-40℃至-20℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（4）中所述真空干燥處理的溫度為30-50℃，時(shí)間為48-72h。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑及其制備方法。本發(fā)明的制備條件溫和，催化活性高，且使用后的催化劑可以進(jìn)行回收利用，減少資源浪費(fèi)并降低成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑，所述催化劑為主要由碳化鈦和硫化亞鐵構(gòu)成的復(fù)合材料，按照重量百分比計(jì)，所述催化的原料組成及含量為：碳化鈦11.1-33.3%，硫化亞鐵66.7-88.9%；所述硫化亞鐵與碳化鈦質(zhì)量比為2-10:1。
優(yōu)選地，所述復(fù)合材料為納米復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的粒徑為30-60nm。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種用于催化過(guò)氧化氫強(qiáng)化處理污水的催化劑的制備方法，包括以下步驟：（1）對(duì)鈦碳化鋁采用LiF/HCl進(jìn)行刻蝕，剝離鋁層，用稀鹽酸清洗，采用去離子水清洗至上清液pH為6-7，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行超聲，離心8-15次后上層液體為墨綠色時(shí)取上清液進(jìn)行冷凍干燥，溫度為-40℃至-20℃，得到碳化鈦；（2）將上述獲得的碳化鈦與去離子水混合，攪拌至完全溶解，形成均勻的溶液；（3）向上述溶液中加入鐵源，攪拌均勻后投加硫源，攪拌30-60min后靜置沉淀，進(jìn)行老化，得到混合物；（4）將上述混合物進(jìn)行冷凍干燥處理或離心后將沉淀進(jìn)行真空干燥處理，得到所述碳化鈦與硫化亞鐵的復(fù)合材料催化劑。
優(yōu)選地，步驟（1）中所述刻蝕溫度為30-45℃，刻蝕時(shí)間為24-48h。
優(yōu)選地，步驟（1）中所述超聲時(shí)間為15-30min。
優(yōu)選地，步驟（2）中所述碳化鈦與去離子水按照1g:500-1000mL的固液比進(jìn)行混合。
優(yōu)選地，步驟（3）中所述鐵源包括硫酸亞鐵、氯化亞鐵；所述硫源包括無(wú)水硫化鈉、九水合硫化鈉、硫脲；所述鐵源和硫源的摩爾比為1:1。
優(yōu)選地，步驟（3）中所述碳源為碳化鈦，所述鐵源為硫酸亞鐵；所述溶液中按照碳化鈦與生成的硫化亞鐵質(zhì)量比為1:2-10加入碳源和硫源；所述混合物中硫化亞鐵與碳化鈦質(zhì)量比為2-10:1。
優(yōu)選地，步驟（4）中所述冷凍干燥時(shí)間為48-72h，溫度為-40℃至-20℃。
優(yōu)選地，步驟（4）中所述真空干燥處理的溫度為30-50℃，時(shí)間為48-72h。
與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明取得的有益效果是：本發(fā)明為以碳化鈦為助催化劑，以硫化亞鐵為活性組分構(gòu)成的復(fù)合材料作為過(guò)氧化氫的催化劑，對(duì)過(guò)氧化氫具有較好的催化效果，催化過(guò)氧化氫生成活性組分，有效去除廢水中的污染物，加快污染物降解速率等特點(diǎn)。首先對(duì)鈦碳化鋁采用LiF/HCl方法進(jìn)行刻蝕，剝離鋁層，獲得剝離鋁層的多層碳化鈦材料，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行超聲，多次離心后取上清液進(jìn)行冷凍干燥獲得單層碳化鈦材料，采用原位共沉淀法制備復(fù)合材料，將一定量碳化鈦材料投加在含去離子水的燒杯中，在充氮?dú)獗Ｗo(hù)下，投加不同比例的鐵源及硫源，攪拌一定時(shí)間之后，進(jìn)行冷凍干燥或者離心后對(duì)沉淀進(jìn)行真空干燥處理，即可獲得所述催化劑復(fù)合材料。該催化劑制備條件溫和，所得到的催化劑催化活性高，且使用后的催化劑可以進(jìn)行回收利用，減少資源浪費(fèi)并降低成本。
（發(fā)明人：黃輝;馬杰;黃開(kāi)龍;左怡琳;阮在高;朱時(shí)峰）
