【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及環保功能材料與催化材料制備，具體涉及一種cufes2@fes2復合類芬頓催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、基于過一硫酸鹽(pms)及過氧化氫(h2o2)的高級氧化技術(aops)可以產生更豐富的活性氧物種(ros)，包括自由基形式的硫酸根自由基(so4·-)、羥基自由基(·oh)、超氧自由基(·o2-)和非自由基形式的單線態氧(1o2)，這些活性氧物種的高反應活性使其能夠與水中的大多數有機污染物發生快速的鏈式反應，無選擇性地將這些有害物質氧化成co2、h2o或礦物鹽，從而實現水體中不同類型有機污染物的快速降解，不產生二次污染。
2、通常情況下，pms及h2o2很難直接分解產生ros，需要借助外場能量或催化劑使其活化，才能實現污染物的快速礦化。目前，激活pms及h2o2的方法主要有紫外活化、微波活化、堿活化、熱活化、基于過渡金屬離子的均相催化劑活化、基于過渡金屬氧化物的非均相催化劑活化，等。紫外、微波、堿、熱活化均需要持續輸入能量，使得其處理成本過高、反應條件苛刻而難以工業推廣。而均相催化劑活化則會產生大量污泥，且存在重金屬二次污染的危害。過渡金屬氧化物等非均相催化劑較上述方法具備相對優異的性能和較低的成本，是目前最有望實現工業應用的方向。但是當前的非均相催化劑主要以合成為主，通常制備工藝復雜、成本高，是實現工業應用的最大阻礙；且已報道的催化劑基本都為粉體，難以實現與水體的高效分離，而實際污水處理過程若采用連續進水的固定床或流化床裝置則效率將大大提升，這就需要宏觀的顆粒狀催化劑。
3、
技術實現思路
1、鑒于目前存在的上述不足，本專利技術提供一種cufes2@fes2復合類芬頓催化劑及其制備方法和應用，本專利技術利用天然黃鐵礦顆粒無需進一步成型、自身特征官能團對銅離子具有較好吸附性能等特點，通過簡單的破碎后，浸漬吸附cu離子，再進一步無氧煅燒，將cu離子嵌入黃鐵礦晶格；同時，結合檸檬酸對黃鐵礦表面的刻蝕及煅燒過程中擴孔作用，將黃鐵礦制備成具備異質結構的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑。相較于天然黃鐵礦，該復合材料的比表面積更大、活性位點暴露更多，cu的摻入增強了fe(ⅱ)/fe(ⅲ)的氧化還原循環，大大提升了催化劑對氧化劑的利用率。較目前已報道的通過化學合成制備出的非均相類芬頓催化劑而言，其制備成本顯著更低。該技術專利技術有助于實現黃鐵礦資源的高值化利用，并為水體有機污染物治理領域提供有利幫助，為基于pms/h2o2的高級氧化技術的工業應用提供創新的技術方案。
2、為了達到上述目的，本專利技術提供一種cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、將天然黃鐵礦依次經破碎、過篩、水洗、烘干后，獲得天然黃鐵礦顆粒；將銅鹽與檸檬酸置于水中，經攪拌后，得到混合溶液；
4、s2、向所述混合溶液中加入所述天然黃鐵礦顆粒，經真空浸漬處理后，蒸發部分水分，再真空浸漬，重復上述蒸發-真空浸漬處理，得到前驅體；
5、s3、將所述前驅體經過濾、烘干后，在惰性氣氛下進行煅燒處理，再經水洗，得到顆粒狀cufes2@fes2復合類芬頓催化劑。
6、需要說明的是，步驟s3中水洗的目的是去除掉表面雜質及不穩定物質。
7、進一步地，步驟s1中，所述天然黃鐵礦的純度在95％以上，所述天然黃鐵礦的顆粒平均粒度為1～6mm。
8、更進一步地，天然黃鐵礦不限產地，其純度在98％以上。
9、更進一步地，所述天然黃鐵礦的顆粒平均粒度為2～4mm。
10、進一步地，步驟s1中，所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為1:1～1:4；所述銅鹽為硝酸銅、硫酸銅中的一種或兩種；所述檸檬酸和所述銅鹽均為工業級。
11、進一步地，步驟s2中，所述天然黃鐵礦顆粒中鐵元素與所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為25:2:2～25:5:20。
12、更進一步地，步驟s2中，所述天然黃鐵礦顆粒中鐵元素與所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為25:2:2～25:4:16。
13、進一步地，步驟s2中，所述真空浸漬處理的時間為4～8h，所述蒸發采用的烘干溫度為60～80℃，所述蒸發-真空浸漬處理的重復次數為1～4次。
14、更進一步地，所述蒸發-真空浸漬處理的重復次數為1～3次。
15、進一步地，步驟s3中，所述惰性氣氛包括氮氣、氬氣中的任意一種。
16、進一步地，步驟s3中，所述煅燒處理的升溫速率為3～10℃/min，所述煅燒處理的溫度為350～450℃，所述煅燒處理的保溫時間為60～120min。
17、更進一步地，步驟s3中，所述煅燒處理的溫度為400～450℃，所述煅燒處理的保溫時間為60～90min。
18、基于同一專利技術構思，本專利技術還提供了上述制備方法制備得到的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑。
19、基于同一專利技術構思，本專利技術還提供了上述制備方法制備得到的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑在有機污水處理中的應用，所述cufes2@fes2復合類芬頓催化劑基于催化活化氧化劑降解污水中的有機污染物；其中，所述氧化劑包括過氧化氫和過一硫酸鹽中的至少一種。
20、進一步地，所述有機污染物包括水體中常見的表面活性劑、抗生素、染料中的任意一種；所述表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉；所述抗生素包括鹽酸四環素；所述染料包括羅丹明b。
21、本專利技術的有益效果：
22、(1)原料優勢明顯：本專利技術以天然黃鐵礦為主要原料，天然黃鐵礦在自然界中儲量豐富，價格低廉。通過對天然黃鐵礦進行改性制備cufes2@fes2復合催化劑，充分利用了自然資源，降低了催化劑的生產成本。此外，制備過程中所使用的銅鹽和檸檬酸原料較為常見，易于獲取。與其他合成催化劑相比，本專利技術的復合催化劑在成本方面具有明顯的優勢，為大規模應用于有機廢水處理提供了可能。同時，該方法也為天然黃鐵礦的高值化利用提供了新的途徑，具有良好的經濟效益和環境效益。
23、(2)具備良好的穩定性和可回收性：黃鐵礦衍生的cufes2@fes2復合催化劑呈宏觀顆粒狀結構，具有良好的穩定性。在廢水處理過程中，催化劑顆粒不易破碎本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述天然黃鐵礦的純度在95％以上，所述天然黃鐵礦的顆粒平均粒度為1～6mm。
3.根據權利要求1所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為1:1～1:4；所述銅鹽為硝酸銅、硫酸銅中的一種或兩種；所述檸檬酸和所述銅鹽均為工業級。
4.根據權利要求1所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述天然黃鐵礦顆粒中鐵元素與所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為25:2:2～25:5:20。
5.根據權利要求1所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述真空浸漬處理的時間為4～8h，所述蒸發采用的溫度為60～80℃，所述蒸發-真空浸漬處理的重復次數為1～4次。
6.根據權利要求1所述的CuFeS2@
7.根據權利要求1所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述煅燒處理的升溫速率為3～10℃/min，所述煅燒處理的溫度為350～450℃，所述煅燒處理的保溫時間為60～120min。
8.一種由權利要求1～7任一所述的制備方法制備得到的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑。
9.一種如權利要求1～7任一所述的制備方法制備得到的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑或權利要求8所述的CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑在污水處理中的應用，其特征在于，所述CuFeS2@FeS2復合類芬頓催化劑基于催化活化氧化劑來降解污水中的有機污染物；其中，所述氧化劑包括過氧化氫和過一硫酸鹽中的至少一種。
10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述有機污染物包括水體中常見的表面活性劑、抗生素、染料中的任意一種；所述表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉；所述抗生素包括鹽酸四環素；所述染料包括羅丹明B。
...【技術特征摘要】
1.一種cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述天然黃鐵礦的純度在95％以上，所述天然黃鐵礦的顆粒平均粒度為1～6mm。
3.根據權利要求1所述的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為1:1～1:4；所述銅鹽為硝酸銅、硫酸銅中的一種或兩種；所述檸檬酸和所述銅鹽均為工業級。
4.根據權利要求1所述的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述天然黃鐵礦顆粒中鐵元素與所述混合溶液中的銅鹽與檸檬酸的摩爾比為25:2:2～25:5:20。
5.根據權利要求1所述的cufes2@fes2復合類芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述真空浸漬處理的時間為4～8h，所述蒸發采用的溫度為60～80℃，所述蒸發-真空浸漬處理的重復次數為1～4次。
6.根據權利要求1所述的cufes...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉琨，李一凡，路遙，朱賓楠，李星嵐，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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