一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及环境污染修复和无机材料，具体为一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、我国是一个缺水大国，而环境污染特别是水污染将进一步减少可利用的水资源，制约我国经济和社会的发展。常见的污水处理方法有物理法、化学法和微生物法。物理法只能实现对污染物的转移，并不能消除其环境危害。生物法是最常见的污水处理方法，但其处理周期长，而且对于含有大量的高毒性、难降解的有机污染物的工业废水的处理效果不佳。而以羟基自由基和硫酸根自由基为基础的高级氧化技术，由于自身具有极强的氧化能力，能将有机污染物转化为无害的co2和h2；

2、多孔氧化铁催化剂是一种具有高比表面积和多孔结构的催化材料，具有良好的吸附性能和催化活性。然而，由于其表面易于被污染和失活，导致催化剂的稳定性和活性下降。为了提高多孔氧化铁催化剂的稳定性和活性，人们提出了硫改性的方法，硫改性是通过在多孔氧化铁催化剂表面引入硫元素，改变催化剂的表面性质和活性。硫元素可以与多孔氧化铁催化剂表面的金属氧化物形成硫化物，从而提高催化剂的稳定性和活性。此外，硫元素还可以改变催化剂的电子结构，调节反应中间体的生成和转化，提高催化剂的选择性，硫改性的多孔氧化铁催化剂的制备方法有多种，常用的方法包括浸渍法、共沉淀法和硫化法。浸渍法是将多孔氧化铁催化剂浸渍在硫化物前体溶液中，然后经过干燥和煅烧得到硫改性的催化剂。共沉淀法是将多孔氧化铁催化剂与硫化物前体一起沉淀，然后经过干燥和煅烧得到硫改性的催化剂。硫化法是将多孔氧化铁催化剂与硫化剂在高温下反应，生成硫改性的催化剂，硫改性的多孔氧化铁催化剂在催化反应中具有良好的活性和稳定性。例如，在有机合成领域，硫改性的多孔氧化铁催化剂可以催化醇的脱水反应、醛的氧化反应和烯烃的加氢反应。在环境保护领域，硫改性的多孔氧化铁催化剂可以催化有机污染物的降解和废水的处理，硫改性的多孔氧化铁催化剂是一种具有特殊性能的催化材料，通过引入硫元素可以提高催化剂的活性和稳定性。它在有机合成和环境保护等领域具有广泛的应用前景。随着对催化剂制备和表征技术的不断深入研究，硫改性的多孔氧化铁催化剂的性能和应用将得到进一步的提升和拓展；但是该多孔氧化铁催化剂催化活性会逐渐降低，为此，我们提出一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用。

2、以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，所述硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法如下：

3、步骤一、将适量的铁盐和碱加入蒸馏水中，搅拌混合，制备氢氧化铁沉淀，将氢氧化铁沉淀洗涤干净，然后干燥；

4、步骤二、将干燥的氢氧化铁样品在高温下进行煅烧，在400-600℃进行煅烧，将氢氧化铁转化为氧化铁，并形成多孔结构；

5、步骤三、使用x射线衍射(xrd)或扫描电子显微镜(sem)对制备好的多孔氧化铁催化剂进行表征，以确定其物理和化学性质；

6、步骤四、将制备好的多孔氧化铁催化剂与硫化剂接触，使硫化剂中的硫化物与催化剂表面的氧化物反应，形成硫改性的催化剂；

7、步骤五、硫化处理后，将硫改性的催化剂用适量的溶剂进行洗涤，除去未反应的硫化剂和杂质，将处理完的硫改性多孔氧化铁催化剂进行低温干燥，避免硫改性催化剂失活。

8、作为本发明的进一步方案：所述铁盐为硫酸亚铁(feso4)或氯化铁(fecl3)中的一种或多种，碱为氢氧化钠(naoh)或氢氧化钾(koh)。

9、作为本发明的进一步方案：所述步骤一中，铁盐与碱的质量比为2：1-5：1，搅拌时需要水浴加热，加快反应速度，温度控制在50-70℃。

10、作为本发明的进一步方案：所述步骤二中，煅烧工艺的温度为400-600℃，煅烧时内部加入惰性气体(氮气、氦气、氩气、氖气和氙气等)，煅烧时间在1-3h，升温速率为5-7℃/min，在该步骤中加入的气体为氮气。

11、作为本发明的进一步方案：所述多孔氧化铁催化剂的主要成分为氧化铁，其具有较高的表面积和丰富的表面活性点位，同时存在铁的硫化物，多孔氧化铁催化剂的比表面积为90-200m2/g。

12、作为本发明的进一步方案：所述多孔氧化铁催化剂在快速活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基或快速活化过氧化氢产生的羟基自由基，从而降解有机污染物方面的应用。

13、作为本发明的进一步方案：所述多孔氧化铁催化剂快速活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基的ph适用范围为3-10，所述多孔氧化铁催化剂快速活化过氧化氢产生的硫酸根自由基的ph适用范围为2-10。

14、作为本发明的进一步方案：所述步骤四中的硫化剂为硫代硫酸钠(na2so3·5h2o)，反应温度为50-75℃，反应时间为1-2h，硫代硫酸钠浓度为0.10mol/l。

15、一种硫改性的多孔氧化铁催化剂，通过权利要求1-8任一所述一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法制备获得。

16、一种硫改性的多孔氧化铁催化剂应用，硫改性的多孔氧化铁催化剂具有广泛的应用领域，其中一种应用在环境污染修复和无机材料领域，用于催化剂的装备和应用，该催化剂主要成分是氧化铁，同时含有铁的硫化物，此外，还有一种用于脱除有机硫的铁铈基多孔催化剂的制备方法也包含硫改性的多孔氧化铁催化剂的应用，硫改性的多孔氧化铁催化剂在环境污染修复、无机材料以及脱除有机硫等领域具有广泛的应用前景。

17、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、1、本发明通过铁盐和碱与蒸馏水搅拌混合，制备氢氧化铁沉淀，使该多孔氧化铁催化剂制备原材料时更加简单方便，且使用成本降低；通过对氢氧化铁样品进行煅烧，且在煅烧时加入惰性气体氮气(n2)，氮气不与大部分物质发生化学反应，使用氮气可防止物质被氧化破坏；通过多孔氧化铁催化剂的自身比表面积过大，较大的比表面积可以提供更多的活性点位，增加反应物与催化剂的接触面积，从而提高催化剂的活性；

19、2、本发明通过硫改性的多孔氧化铁催化剂可以在ph值为2-10范围内的污水有效的催化过硫酸盐和过氧化氢，克服了传统高级氧化技术对废水初始ph范围窄的问题，具有较好的经济、环境和社会效益；通过使用硫代硫酸钠对多孔氧化铁催化剂进行接触反应，精确控制反应温度和时间，能够确保催化剂的质量和性能，使该硫改性的多孔氧化铁催化剂制作使用更加稳定方便。

技术特征：

1.一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法如下：

2.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述铁盐为硫酸亚铁(feso4)或氯化铁(fecl3)中的一种或多种，碱为氢氧化钠(naoh)或氢氧化钾(koh)。

3.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤一中，铁盐与碱的质量比为2：1-5：1，搅拌时需要水浴加热，加快反应速度，温度控制在50-70℃。

4.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤二中，煅烧工艺的温度为400-600℃，煅烧时内部加入惰性气体(氮气、氦气、氩气、氖气和氙气等)，煅烧时间在1-3h，升温速率为5-7℃/min。

5.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述多孔氧化铁催化剂的主要成分为氧化铁，其具有较高的表面积和丰富的表面活性点位，同时存在铁的硫化物，多孔氧化铁催化剂的比表面积为90-200m2/g。

6.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述多孔氧化铁催化剂在快速活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基或快速活化过氧化氢产生的羟基自由基，从而降解有机污染物方面的应用。

7.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述多孔氧化铁催化剂快速活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基的ph适用范围为3-10，所述多孔氧化铁催化剂快速活化过氧化氢产生的硫酸根自由基的ph适用范围为2-10。

8.根据权利要求1所述的一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤四中的硫化剂为硫代硫酸钠(na2so3·5h2o)，反应温度为50-75℃，反应时间为1-2h，硫代硫酸钠浓度为0.10mol/l。

9.一种硫改性的多孔氧化铁催化剂，其特征在于：通过权利要求1-8任一所述一种硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法制备获得。

10.一种硫改性的多孔氧化铁催化剂应用，其特征在于：硫改性的多孔氧化铁催化剂具有广泛的应用领域，其中一种应用在环境污染修复和无机材料领域，用于催化剂的装备和应用，该催化剂主要成分是氧化铁，同时含有铁的硫化物，此外，还有一种用于脱除有机硫的铁铈基多孔催化剂的制备方法也包含硫改性的多孔氧化铁催化剂的应用，硫改性的多孔氧化铁催化剂在环境污染修复、无机材料以及脱除有机硫等领域具有广泛的应用前景。

技术总结
本发明公开了一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用，本发明涉及环境污染修复和无机材料技术领域，所述硫改性的多孔氧化铁催化剂制备方法如下：步骤一、将适量的铁盐和碱加入蒸馏水中，制备氢氧化铁沉淀，将氢氧化铁沉淀洗涤干净，然后干燥，本发明的优点在于：通过铁盐和碱与蒸馏水搅拌混合，制备氢氧化铁沉淀，使该多孔氧化铁催化剂制备原材料时更加简单方便；通过对氢氧化铁样品进行煅烧，且在煅烧时加入惰性气体氮气(N<subgt;2</subgt;)，氮气不与大部分物质发生化学反应，使用氮气可防止物质被氧化破坏；通过多孔氧化铁催化剂的自身比表面积过大，较大的比表面积可以提供更多的活性点位，增加反应物与催化剂的接触面积，从而提高催化剂的活性。

技术研发人员：孙钧,瞿程凯
受保护的技术使用者：苏州埃克朴罗环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25