本發(fā)明涉及催化材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超氧催化氧化催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今污水處理技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，眾多現(xiàn)有技術(shù)手段局限于實現(xiàn)單一功能，諸如僅能夠降解廢水中的有機(jī)物，或僅能夠進(jìn)行消殺處理，去除廢水中的細(xì)菌和病毒等微生物。然而，這些單一功能的技術(shù)常面臨難以克服的問題，如可能引發(fā)二次污染，或處理效率相對較低，難以滿足實際需求。尤其是在處理含有多種污染因子的廢水時，情況更為復(fù)雜。例如，廢水可能同時含有有機(jī)物、細(xì)菌、重金屬等多種污染物，需通過一系列復(fù)雜的處理工藝進(jìn)行綜合處理，以確保廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2、在處理抗生素等難以降解的生物制藥廢水時，當(dāng)前尚缺乏一種既高效又低成本的處理技術(shù)。此類生物制藥廢水通常含有高濃度的有機(jī)物和難以分解的化學(xué)物質(zhì)，使得處理過程更加艱難。因此，為了實現(xiàn)廢水的高效無害降解與消殺處理，提升水資源利用率，并確保環(huán)境安全，污水處理領(lǐng)域迫切需要一種安全高效、能夠處理特種廢水（如制藥廢水）的降解與消殺處理解決方案。

3、該解決方案需具備多項功能，能夠同時處理多種污染因子，包括有機(jī)物、細(xì)菌、重金屬等，并能夠有效降解難以分解的化學(xué)物質(zhì)（如抗生素）。此外，該解決方案還需具備較高的處理效率，能夠在較短時間內(nèi)完成廢水處理，降低處理成本，同時確保處理后的廢水達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，不對環(huán)境造成二次污染。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明技術(shù)方案針對現(xiàn)有廢水處理過程中存在過程復(fù)雜、二次污染等技術(shù)難題，提供一種超氧催化氧化催化劑及其制備方法。

2、本發(fā)明的主要目的在于：

3、一、高效降解污水水系中的難降解有機(jī)物；

4、二、具備極高的氧化活性，能滅殺水系中的細(xì)菌病毒等微生物；

5、三、對環(huán)境友好，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

6、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

7、一種超氧催化氧化催化劑的制備方法，

8、所述方法包括：

9、以鈦鹽作為原料，加入氟化試劑和分散溶劑混合為基底混合溶液，調(diào)節(jié)ph至弱堿性后保溫保壓反應(yīng)一步合成制得超氧催化氧化催化劑。

10、作為優(yōu)選，

11、所述鈦鹽為硫酸鈦；

12、所述氟化試劑為氫氟酸；

13、所述分散溶劑為去離子水。

14、作為優(yōu)選，

15、所述鈦鹽、氟化試劑和分散溶劑按照質(zhì)量比1：（4.4～4.5）：（17～23）的比例混合。

16、作為優(yōu)選，

17、所述調(diào)節(jié)ph至弱堿性過程是以氨水將ph值調(diào)節(jié)至8～9。

18、作為優(yōu)選，

19、所述氨水為飽和氨水；

20、所述氨水以基底混合溶液體積計算，每分鐘滴加基底混合溶液7～13?%vol的氨水。

21、作為優(yōu)選，

22、所述保溫保壓反應(yīng)過程，是在環(huán)境壓強為3～5?mpa、環(huán)境溫度為40～50?℃的條件下連續(xù)反應(yīng)2～4?h。

23、作為優(yōu)選，

24、所述保溫保壓反應(yīng)結(jié)束后，對所得超氧催化氧化催化劑進(jìn)行干燥處理后進(jìn)行后熱處理。

25、作為優(yōu)選，

26、所述后熱處理過程是：

27、將超氧催化氧化催化劑置于保護(hù)氣氛中，以2～3?℃/min升溫至550～550?℃后保溫1.5～2.5?h進(jìn)行結(jié)晶相轉(zhuǎn)變。

28、一種超氧催化氧化催化劑。

29、在本發(fā)明技術(shù)方案中，核心之處在于利用液相一步合成法制備催化劑材料，并且基于催化劑其他結(jié)構(gòu)的協(xié)同效果，高效產(chǎn)生具有高活性和強氧化性的羥基自由基和超氧離子，與有機(jī)物結(jié)合進(jìn)行快速反應(yīng)實現(xiàn)污水中難降解有機(jī)污染物的快速深度降解，同時損傷細(xì)胞壁最終導(dǎo)致廢水中細(xì)菌和病毒顆粒失活而實現(xiàn)消殺。

30、在本發(fā)明技術(shù)方案中憑借對合成流程中核心參數(shù)，包括ph值、反應(yīng)溫度與壓力，以及后續(xù)熱處理條件的精準(zhǔn)調(diào)控，確保催化劑展現(xiàn)出卓越的高活性與穩(wěn)定性。氧化鈦這種材料具有一種相對較寬的禁帶隙特性，這意味著它在受到紫外光的照射時，價帶中的電子能夠吸收光子所提供的能量。這些電子隨后會躍遷到導(dǎo)帶，從而在導(dǎo)帶中產(chǎn)生光生電子，在價帶中產(chǎn)生光生空穴。然而，盡管這種現(xiàn)象在理論上具有一定的光催化潛力，但氧化鈦在實際應(yīng)用中存在一些限制。具體來說，氧化鈦只有在波長小于387?nm的紫外光照射下，才能表現(xiàn)出較強的光催化活性。因此，在日?？梢姽獾恼丈湎?，氧化鈦的光催化活性相對較差，可見光的利用率非常有限。此外，由于光生電子和空穴在氧化鈦中容易發(fā)生復(fù)合，這種復(fù)合過程進(jìn)一步限制了其作為催化劑的應(yīng)用范圍和效率。因此，盡管氧化鈦在紫外光下的光催化性能令人期待，但在實際應(yīng)用中仍需克服這些限制，以充分發(fā)揮其潛在的催化能力。為克服氧化鈦在可見光區(qū)域催化活性不足的問題，本發(fā)明首先進(jìn)行氟化調(diào)整氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)，其次，通過優(yōu)化催化劑的形貌和結(jié)構(gòu)，制備成為納米結(jié)構(gòu)，增加催化劑的比表面積，從而提供更多的活性位點，減少光生電子和空穴的復(fù)合幾率，進(jìn)一步提升催化劑的催化效率。并且，氟化處理的氧化鈦呈現(xiàn)為銳鈦礦相，且顯示出較高的結(jié)晶程度，隨著后續(xù)熱處理，還觀察到催化劑表面的不規(guī)則團(tuán)簇存在緊密的相互接觸，這種接觸促進(jìn)了光激發(fā)產(chǎn)生的空穴-電子對的有效遷移，有利于提升光催化反應(yīng)的效率與效能。經(jīng)過進(jìn)一步的對比研究，當(dāng)氧化鈦催化劑制備過程中鈦源不同時，其最終制備的催化材料具備的性質(zhì)也存在差異，這是由于氧化鈦上的光催化存在多種界面電子的轉(zhuǎn)移方式，這會對后續(xù)熱處理過程中形成的氧空缺和相應(yīng)的催化活性中心產(chǎn)生影響。在廢水降解過程中，催化劑表層富含的活性位點能夠高效吸附污水內(nèi)含的有機(jī)污染物，進(jìn)而催化生成羥基自由基與超氧離子。這些高活性物種與有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，有效瓦解其化學(xué)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對難以降解有機(jī)物的迅速且深度處理。此外，該催化劑還具備破壞細(xì)菌與病毒細(xì)胞壁的能力，從而實現(xiàn)消毒殺菌的效果。

31、光熱催化協(xié)同技術(shù)展現(xiàn)了卓越的氧化性能及廣譜高效的細(xì)菌病毒殺滅特性。該技術(shù)不僅具有廣譜高效性、綠色無污染且安全性高的優(yōu)點，還能夠迅速分解有機(jī)物，實現(xiàn)對廢水的凈化處理，達(dá)到了快速降解有機(jī)物并高效殺菌的技術(shù)目標(biāo)。最終，氧化產(chǎn)物為二氧化碳和水，剩余的活性氧則轉(zhuǎn)化為氧氣釋放至空氣中。在本發(fā)明所提出的方案中，基于納米陣列結(jié)構(gòu)的氧化鈦，實現(xiàn)了光催化與氧協(xié)同催化氧化的過程。具體而言，在催化劑材料的表面，能夠催化分解吸附的氧分子，生成氧自由基等活性基團(tuán)。此類氧自由基展現(xiàn)出極高的活性，其半衰期處于微秒級別，具備卓越的氧化能力和高效的滅菌效能，從而達(dá)成了高效降解及殺滅病菌的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該過程不產(chǎn)生二次污染，亦無殘留物質(zhì)，確保了周邊環(huán)境的安全性。

32、在本發(fā)明的實施例中，通過優(yōu)化催化劑的制備工藝，可以進(jìn)一步提高光熱催化協(xié)同技術(shù)的性能。例如，通過控制納米陣列結(jié)構(gòu)的氧化鈦的粒徑和形貌，可以有效增加催化劑的比表面積，從而提高其對有機(jī)物和細(xì)菌的吸附能力。此外，通過引入特定的摻雜元素，可以調(diào)節(jié)催化劑的電子結(jié)構(gòu)，增強其對光的吸收能力，從而提升光催化效率。在實際應(yīng)用中，該催化劑可以被制成粉末狀、顆粒狀或膜狀，以適應(yīng)不同的廢水處理設(shè)備和工藝流程。通過這些優(yōu)化措施，本發(fā)明的催化劑在處理工業(yè)廢水、生活污水以及醫(yī)院廢水等不同類型的廢水時，均表現(xiàn)出優(yōu)異的處理效果，為廢水處理領(lǐng)域提供了一種高效、環(huán)保的解決方案。

33、本發(fā)明的優(yōu)勢之處在于：

34、（1）高效降解性能：本產(chǎn)品能夠迅速有效地分解污水中的難以降解的有機(jī)物質(zhì)；

35、（2）廣譜且高效的消毒殺菌能力：憑借其活性氧的卓越氧化性能，能夠廣泛高效地殺滅細(xì)菌及病毒；

36、（3）環(huán)境友好特性：其消毒殺菌因子—活性氧，源自氧氣及水中溶解的氧，在完成消毒殺菌任務(wù)后，會轉(zhuǎn)化為氧氣，不會造成二次污染；

37、（4）廣泛適用性：本產(chǎn)品可應(yīng)用于多種類型的廢水處理，實現(xiàn)對各類污水的有效降解及消毒殺菌；

38、（5）成本效益顯著：相較于傳統(tǒng)的廢水處理方法，本發(fā)明所采用的催化劑使用成本更低，且因其高效率特性，能夠縮短處理時間，進(jìn)而降低整體運營成本。