公布日：2023.10.31
申请日：2023.07.04
分类号：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
本发明公开了一种用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂及其制备方法，所述催化剂是以碳化钛为助催化剂，以硫化亚铁为活性组分构成的复合材料。其制备方法为，先对钛碳化铝进行刻蚀，获得剥离铝层的多层碳化钛材料，在通氮气保护下对其进行超声后，多次离心，对获得上清液进行冷冻干燥，获得单层碳化钛材料。采用原位共沉淀法制备复合材料，将一定量碳化钛材料投加于含去离子水的烧杯中，在充氮气保护下，投加不同比例的铁源及硫源，搅拌一定时间后，进行冷冻干燥或者离心后对沉淀进行真空干燥处理，即可获得复合材料。本发明的制备方法条件温和，所得催化剂催化活性高，且使用后的催化剂可以进行回收利用，减少资源浪费并降低成本。
权利要求书
1.一种用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂，所述催化剂为主要由碳化钛和硫化亚铁构成的复合材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述催化的原料组成及含量为：碳化钛11.1-33.3%，硫化亚铁66.7-88.9%；所述硫化亚铁与碳化钛质量比为2-10:1。
2.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂，其特征在于，所述复合材料为纳米复合材料，所述复合材料的粒径为30-60nm。
3.根据权利要求1或2所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对钛碳化铝采用LiF/HCl进行刻蚀，剥离铝层，用稀盐酸清洗，采用去离子水清洗至上清液pH为6-7，在氮气保护下进行超声，离心8-15次后上层液体为墨绿色时取上清液进行冷冻干燥，温度为-40℃至-20℃，得到碳化钛；（2）将上述获得的碳化钛与去离子水混合，搅拌至完全溶解，形成均匀的溶液；（3）向上述溶液中加入铁源，搅拌均匀后投加硫源，搅拌30-60min后静置沉淀，进行老化，得到混合物；（4）将上述混合物进行冷冻干燥处理或离心后将沉淀进行真空干燥处理，得到所述碳化钛与硫化亚铁的复合材料催化剂。
4.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述刻蚀温度为30-45℃，刻蚀时间为24-48h。
5.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述超声时间为15-30min。
6.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述碳化钛与去离子水按照1g:500-1000mL的固液比进行混合。
7.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁；所述硫源包括无水硫化钠、九水合硫化钠、硫脲；所述铁源和硫源的摩尔比为1:1。
8.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述碳源为碳化钛，所述铁源为硫酸亚铁；所述溶液中按照碳化钛与生成的硫化亚铁质量比为1:2-10加入碳源和硫源；所述混合物中硫化亚铁与碳化钛质量比为2-10:1。
9.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述冷冻干燥时间为48-72h，温度为-40℃至-20℃。
10.根据权利要求1所述的用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述真空干燥处理的温度为30-50℃，时间为48-72h。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂及其制备方法。本发明的制备条件温和，催化活性高，且使用后的催化剂可以进行回收利用，减少资源浪费并降低成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂，所述催化剂为主要由碳化钛和硫化亚铁构成的复合材料，按照重量百分比计，所述催化的原料组成及含量为：碳化钛11.1-33.3%，硫化亚铁66.7-88.9%；所述硫化亚铁与碳化钛质量比为2-10:1。
优选地，所述复合材料为纳米复合材料，所述复合材料的粒径为30-60nm。
在另一个方面，本发明还提供了一种用于催化过氧化氢强化处理污水的催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）对钛碳化铝采用LiF/HCl进行刻蚀，剥离铝层，用稀盐酸清洗，采用去离子水清洗至上清液pH为6-7，在氮气保护下进行超声，离心8-15次后上层液体为墨绿色时取上清液进行冷冻干燥，温度为-40℃至-20℃，得到碳化钛；（2）将上述获得的碳化钛与去离子水混合，搅拌至完全溶解，形成均匀的溶液；（3）向上述溶液中加入铁源，搅拌均匀后投加硫源，搅拌30-60min后静置沉淀，进行老化，得到混合物；（4）将上述混合物进行冷冻干燥处理或离心后将沉淀进行真空干燥处理，得到所述碳化钛与硫化亚铁的复合材料催化剂。
优选地，步骤（1）中所述刻蚀温度为30-45℃，刻蚀时间为24-48h。
优选地，步骤（1）中所述超声时间为15-30min。
优选地，步骤（2）中所述碳化钛与去离子水按照1g:500-1000mL的固液比进行混合。
优选地，步骤（3）中所述铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁；所述硫源包括无水硫化钠、九水合硫化钠、硫脲；所述铁源和硫源的摩尔比为1:1。
优选地，步骤（3）中所述碳源为碳化钛，所述铁源为硫酸亚铁；所述溶液中按照碳化钛与生成的硫化亚铁质量比为1:2-10加入碳源和硫源；所述混合物中硫化亚铁与碳化钛质量比为2-10:1。
优选地，步骤（4）中所述冷冻干燥时间为48-72h，温度为-40℃至-20℃。
优选地，步骤（4）中所述真空干燥处理的温度为30-50℃，时间为48-72h。
与现有技术比，本发明取得的有益效果是：本发明为以碳化钛为助催化剂，以硫化亚铁为活性组分构成的复合材料作为过氧化氢的催化剂，对过氧化氢具有较好的催化效果，催化过氧化氢生成活性组分，有效去除废水中的污染物，加快污染物降解速率等特点。首先对钛碳化铝采用LiF/HCl方法进行刻蚀，剥离铝层，获得剥离铝层的多层碳化钛材料，并在氮气保护下进行超声，多次离心后取上清液进行冷冻干燥获得单层碳化钛材料，采用原位共沉淀法制备复合材料，将一定量碳化钛材料投加在含去离子水的烧杯中，在充氮气保护下，投加不同比例的铁源及硫源，搅拌一定时间之后，进行冷冻干燥或者离心后对沉淀进行真空干燥处理，即可获得所述催化剂复合材料。该催化剂制备条件温和，所得到的催化剂催化活性高，且使用后的催化剂可以进行回收利用，减少资源浪费并降低成本。
（发明人：黄辉;马杰;黄开龙;左怡琳;阮在高;朱时峰）