以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體及應(yīng)用。該制備過程以芬頓過程產(chǎn)生的鐵泥和二價金屬(如鎳、猛、鋅、鋇、鈷等)的硝酸鹽為原料，用共沉淀法制得了磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體；利用尖晶石鐵氧體代替Fe2+作為芬頓催化劑，提出了一種新型的芬頓氧化水處理方法。所得的尖晶石鐵氧體磁性材料尺度小，在水溶液體系中分散性好，借助于外界磁場可以有效地將其分離、回收。除此之外，利用芬頓產(chǎn)生的鐵泥作為鐵源合成新型芬頓催化劑，實現(xiàn)了危險固廢芬頓含鐵污泥的循環(huán)再利用，節(jié)約了芬頓含鐵污泥的后續(xù)處理成本，在水處理應(yīng)用中具有廣闊的前景。
【專利說明】以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理和環(huán)境催化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體的制備及應(yīng)用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對于難降解化工廢水的處理而言，芬頓氧化技術(shù)可顯著改善廢水可生化性并降低廢水生物毒性，是一種可靠的預(yù)處理方法，在難降解化工廢水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)芬頓法本身存在一些缺陷，比如催化劑利用率不高，鐵泥產(chǎn)生量大；芬頓產(chǎn)生的鐵泥屬于危險固廢，只能當做危險固廢來處理，增加了后續(xù)處理成本，企業(yè)難以承受。因此，提高芬頓催化劑利用效率、減少鐵泥產(chǎn)生，是降低芬頓催化成本的一個有效途徑。
[0003]國內(nèi)外研究人員已開發(fā)出了磁性芬頓催化劑鐵氧體，該種材料尺度小、比表面大、分散性好，有利于提高催化效率；在外在磁場作用下，可以實現(xiàn)方便快捷的分離、回收，從而實現(xiàn)再利用，可以克服非磁性催化劑難回收的缺點。通常采用鐵離子作為鐵源來合成鐵氧體，而芬頓氧化過程產(chǎn)生的含鐵污泥中含有大量的鐵，如能充分利用該含鐵污泥作為鐵源，不僅可以節(jié)約外加鐵源的成本，而且可以實現(xiàn)含鐵污泥的廢物利用，將會產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。然而，以芬頓含鐵污泥為鐵源制備磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體尚未見文獻報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體及應(yīng)用。該制備過程以芬頓過程產(chǎn)生的鐵泥和二價金屬(如鎳、猛、鋅、鋇、鈷等)的硝酸鹽為原料，用共沉淀法制得了磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體；利用尖晶石鐵氧體代替Fe2+作為芬頓催化劑，提出了一種新型的芬頓氧化水處理方法。所得的尖晶石鐵氧體磁性材料尺度小，在水溶液體系中分散性好，借助于外界磁場可以有效地將其分離、回收。除此之外，利用芬頓產(chǎn)生的鐵泥作為鐵源合成新型芬頓催化劑，實現(xiàn)了危險固廢芬頓含鐵污泥的循環(huán)再利用，節(jié)約了芬頓含鐵污泥的后續(xù)處理成本，在水處理應(yīng)用中具有廣闊的前景。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案是:一種以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，所述催化劑通過以下步驟制備:
[0006](I)、分別取一定量的芬頓含鐵污泥和二價金屬硝酸鹽，使得二價金屬硝酸鹽中的二價金屬和芬頓含鐵污泥中的鐵的摩爾比為1:2;
[0007](2)、將芬頓含鐵污泥和二價金屬硝酸鹽溶液混合，并攪拌均勻；
[0008](3)、在所得的混合液中緩慢均勻加入堿性溶液，并調(diào)節(jié)pH至9.0-10.0之間；
[0009](4)、將得到的混合液攪拌8h以上，將攪拌后的混合液進行離心分離，并將得到的固體用水洗滌；
[0010](5)、將得到的固體在不高于110°C下烘干；
[0011](6)、在700?900°C的溫度范圍內(nèi)將得到的固體進行煅燒，得到磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體。
[0012]所述的芬頓含鐵污泥為芬頓氧化過程中所產(chǎn)生的沉淀物。
[0013]所述的堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。
[0014]所述的二價金屬硝酸鹽為硝酸銅、硝酸鎳、硝酸鋅、硝酸猛、硝酸鋇、硝酸鈷等
[0015]上述以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑的應(yīng)用方法為:將含有機污染物的廢水放置于反應(yīng)容器中，調(diào)節(jié)廢水PH至3.0-5.0之間，在反應(yīng)容器中加入適量磁性芬頓催化劑和雙氧水，進行芬頓催化反應(yīng)。
[0016]所述的磁性芬頓催化劑和雙氧水的摩爾比例范圍為1:10-1:30。
[0017]本發(fā)明開發(fā)了以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體的制備和應(yīng)用方法，帶來的有益效果是:
[0018](I)、本發(fā)明利用芬頓產(chǎn)生的鐵泥代替鐵鹽作為鐵源合成磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，實現(xiàn)了危險固廢芬頓含鐵污泥的循環(huán)利用，節(jié)約了鐵泥處理成本；
[0019](2)、本發(fā)明磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體催化降解有機污染物效果好，降解效率聞;
[0020](3)、本發(fā)明磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體在外加磁場的作用下能有效地進行分離，提高了催化劑的利用效率；
[0021](4)、本發(fā)明制備的鐵氧體作為芬頓催化劑時，鐵泥產(chǎn)生量少，二次污染小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1中的NiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0023]圖2為實施例1中的NiFe2O4的SEM圖。
[0024]圖3為實施例1中的單獨雙氧水作用和NiFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趨勢圖。
[0025]圖4為實施例2中的單獨雙氧水作用和CuFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趨勢圖。
[0026]圖5實施例3中的為單獨雙氧水作用和ZnFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趨勢圖。

【具體實施方式】
[0027]下面對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0028]實施例1 =NiFe2O4的制備和表征過程及其應(yīng)用
[0029]((I)、分別取一定量的芬頓含鐵污泥和硝酸鎳，使得鎳和鐵的摩爾比為1: 2;
[0030](2)、將芬頓含鐵污泥和硝酸鎳溶液混合，并攪拌均勻；
[0031](3)、在所得的混合液中緩慢均勻加入氫氧化鈉溶液，并調(diào)節(jié)pH至9.0-10.0之間；
[0032](4)、將得到的混合液攪拌8h以上，將攪拌后的混合液進行離心分離，并將得到的固體用水洗滌2-3次；
[0033](5)、將得到的固體在不高于110°C下烘干；
[0034](6)、在700?900°C的溫度范圍內(nèi)將得到的固體進行煅燒，得到磁性芬頓催化劑
NiFe2O40
[0035]圖1是本發(fā)明實施例制得的NiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖譜，圖2是本發(fā)明實施例制得的NiFe2O4的SEM圖。
[0036]配制苯酚初始濃度為250mg/L的模擬廢水，調(diào)節(jié)廢水pH至3.0，投加2.0g/L實施例一中所制備得到的NiFe2O4催化劑，投加4.0g/L濃度為30%的雙氧水，記錄不同時間下苯酚的去除率，結(jié)果分別如圖3所示。
[0037]圖3為單獨雙氧水作用和NiFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趨勢圖，比較上述對照試驗中苯酚的去除效果，結(jié)果NiFe2O4磁性材料的加入明顯促進了苯酚的降解，具有很好的催化效果。
[0038]實施例2:以CuFe2O4為芬頓催化劑降解苯酚試驗
[0039]用實施例1中所述的催化劑制備方法制得CuFe2O4,以CuFe2O4為芬頓催化劑，催化氧化初始濃度為250mg/L的苯酚模擬廢水，調(diào)節(jié)廢水pH至3.0，投加2.0g/L的CuFe2O4催化劑，投加4.0g/L濃度為30%的雙氧水，記錄不同時間下苯酚的去除率，結(jié)果如圖4所示。
[0040]圖4為單獨雙氧水作用和CuFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趨勢圖，比較上述對照試驗中苯酚的去除效果，結(jié)果CuFe2O4磁性材料的加入顯著促進了苯酚的降解，具有很好的催化效果。
[0041 ] 實施例3:以ZnFe2O4為芬頓催化劑降解苯酚試驗
[0042]用實施例1中所述的催化劑制備方法制得ZnFe2O4,以ZnFe2O4為芬頓催化劑，催化氧化初始濃度為250mg/L的苯酚模擬廢水，調(diào)節(jié)廢水pH至3.0，投加2.0g/L的ZnFe2O4催化劑，投加4.0g/L濃度為30%的雙氧水，記錄不同時間下苯酚的去除率，結(jié)果如圖5所示。
[0043]圖5為單獨雙氧水作用和ZnFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酹的降解效果趨勢圖，比較上述對照試驗中苯酚的去除效果，結(jié)果ZnFe2O4磁性材料的加入明顯著促進了苯酚的降解，具有很好的催化效果。
【權(quán)利要求】
1.一種以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，其特征在于，所述催化劑通過以下步驟制備: (1)、分別取芬頓含鐵污泥和二價金屬硝酸鹽，使得二價金屬硝酸鹽中的二價金屬和芬頓含鐵污泥中的鐵的摩爾比為1: 2； (2)、將芬頓含鐵污泥和二價金屬硝酸鹽溶液混合，并攪拌均勻； (3)、在所得的混合液中緩慢均勻加入堿性溶液，并調(diào)節(jié)邱至9.0-10.0之間； (4)、將得到的混合液攪拌8卜以上，將攪拌后的混合液進行離心分離，并將得到的固體用水洗滌； (5)、將得到的固體在不高于1101下烘干； (6)、在700?9001的溫度范圍內(nèi)將得到的固體進行煅燒，得到磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體。
2.如權(quán)利要求1所述的以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，其特征在于，所述的芬頓含鐵污泥為芬頓氧化過程中所產(chǎn)生的沉淀物。
3.如權(quán)利要求1所述的以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，其特征在于，所述的堿性溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑尖晶石鐵氧體，其特征在于，所述的二價金屬硝酸鹽為硝酸銅、硝酸鎳、硝酸鋅、硝酸猛、硝酸鋇或硝酸鈷。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑的應(yīng)用，其特征在于，將含有機污染物的廢水放置于反應(yīng)容器中，調(diào)節(jié)廢水1)?至3.0-5.0之間，在反應(yīng)容器中加入磁性芬頓催化劑和雙氧水，進行芬頓催化反應(yīng)。
6.如權(quán)利要求5所述的以芬頓含鐵污泥為鐵源的磁性芬頓催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述的磁性芬頓催化劑和雙氧水的摩爾比例范圍為1:10-1:30。
【文檔編號】B01J23/80GK104437502SQ201410775623
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】沈錦優(yōu), 劉建國, 張帥, 王連軍, 歐昌進, 李健生, 孫秀云, 韓衛(wèi)清, 劉曉東 申請人:南京理工大學