公布日：2023.10.31
申請日：2023.07.04
分類號：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)明公開了一種用于催化過氧化氫強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，先對鈦碳化鋁進行刻蝕，獲得剝離鋁層的多層碳化鈦材料，在通氮氣保護下對其進行超聲后，多次離心，對獲得上清液進行冷凍干燥，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，在充氮氣保護下，投加不同比例的鐵源及硫源，攪拌一定時間后，進行冷凍干燥或者離心后對沉淀進行真空干燥處理，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行回收利用，減少資源浪費并降低成本。
權(quán)利要求書
1.一種用于催化過氧化氫強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，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所述的用于催化過氧化氫強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所述的用于催化過氧化氫強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）對鈦碳化鋁采用LiF/HCl進行刻蝕，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，在氮氣保護下進行超聲，離心8-15次后上層液體為墨綠色時取上清液進行冷凍干燥，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，進行老化，得到混合物；（4）將上述混合物進行冷凍干燥處理或離心后將沉淀進行真空干燥處理，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所述的用于催化過氧化氫強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℃，刻蝕時間為24-48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過氧化氫強化處理污水的催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述超聲時間為15-30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過氧化氫強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的固液比進行混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于催化過氧化氫強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所述的用于催化過氧化氫強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所述的用于催化過氧化氫強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所述的用于催化過氧化氫強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℃，時間為48-72h。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于催化過氧化氫強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行回收利用，減少資源浪費并降低成本。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案。
在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種用于催化過氧化氫強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，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。
在另一個方面，本發(fā)明還提供了一種用于催化過氧化氫強化處理污水的催化劑的制備方法，包括以下步驟：（1）對鈦碳化鋁采用LiF/HCl進行刻蝕，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，在氮氣保護下進行超聲，離心8-15次后上層液體為墨綠色時取上清液進行冷凍干燥，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，進行老化，得到混合物；（4）將上述混合物進行冷凍干燥處理或離心后將沉淀進行真空干燥處理，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℃，刻蝕時間為24-48h。
優(yōu)選地，步驟（1）中所述超聲時間為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)合材料作為過氧化氫的催化劑，對過氧化氫具有較好的催化效果，催化過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。首先對鈦碳化鋁采用LiF/HCl方法進行刻蝕，剝離鋁層，獲得剝離鋁層的多層碳化鈦材料，并在氮氣保護下進行超聲，多次離心后取上清液進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，在充氮氣保護下，投加不同比例的鐵源及硫源，攪拌一定時間之后，進行冷凍干燥或者離心后對沉淀進行真空干燥處理，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行回收利用，減少資源浪費并降低成本。
（發(fā)明人：黃輝;馬杰;黃開龍;左怡琳;阮在高;朱時峰）
