磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理和環(huán)境催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]染料廢水具有廢水成分復(fù)雜、高污染物濃度、難降解及對環(huán)境和人類危害大等特點，而傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)不能對染料廢水進(jìn)行有效的處理。芬頓技術(shù)作為一種經(jīng)典的高級氧化技術(shù)在處理水中難降解有機污染物的應(yīng)用越來越廣泛。但是傳統(tǒng)均相芬頓存在一些缺點，如大量鐵污泥的產(chǎn)生、催化劑難以實現(xiàn)回收和重復(fù)利用等。所以異相芬頓反應(yīng)就應(yīng)運而生，而開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性及較寬PH適用范圍的催化劑成為研究者的研究重點。
[0003]鐵氧化物異相芬頓催化劑能將一系列的有機污染有效的去除，像苯酚、染料和殺蟲劑等污染物。與其他鐵氧化物相比，磁鐵礦具有磁性，結(jié)構(gòu)中包含同時包含F(xiàn)e2+和Fe'而且磁鐵礦中鐵離子能被過渡金屬離子取代。研究證實過渡金屬離子的摻雜能影響磁鐵礦的催化能力。目前，文獻(xiàn)報道所合成的摻雜磁鐵礦樣品中Fe2+離子會有不同程度的氧化，造成合成出的催化劑純度不高，而且大多數(shù)的研究選定的目標(biāo)污染物均為陽離子型染料亞甲基藍(lán)，而對于陰離子型染料的研究相對較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高效磁性的異相芬頓催化劑，該催化劑可以對染料廢水進(jìn)行有效地處理，且可以在外加磁場的作用下回收再重復(fù)利用。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是:一種磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑，所述的催化劑化學(xué)式為TiFe204。
[0006]上述摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0007]a、將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+ = Ti4+= 2:1的比例溶解配置成混合液；
[0008]b、將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應(yīng)；
[0009]C、反應(yīng)完畢后，多次重復(fù)水洗、離心分離得到沉淀物；
[0010]d、將沉淀物干燥；
[0011]e、干燥后的樣品研磨、篩分，于300?400°C煅燒2?3h ;
[0012]f、將煅燒后的樣品在300?400°C下氫氣還原2?3h，得到所述的催化劑。
[0013]步驟(b)中，堿為氨水或氫氧化鈉，攪拌時間2h。
[0014]步驟(d)中，干燥溫度為100°C，干燥時間為12h。
[0015]將上述步驟制備的催化劑應(yīng)用于處理染料廢水中，在染料廢水中加入0.1?
0.4mol/L的過氧化氫，染料廢水的pH值為2?3，所述的染料為陰離子型染料酸性橙II。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明開發(fā)了一種高效磁性異相芬頓催化劑TiFe2O4,帶來的有?效果是:
[0017](I)、本發(fā)明異相芬頓催化劑TiFe2O4與傳統(tǒng)制備方法相比，結(jié)構(gòu)中Fe 2+未被氧化，為純相鈦磁鐵礦TiFe2O4;
[0018](2)、本發(fā)明異相芬頓催化劑TiFe2O4降解染料廢水效果好，具有很高的去除效果；
[0019](3)、本發(fā)明異相芬頓催化劑TiFe2O4在外加磁場的作用下能夠迅速的被分離，實現(xiàn)了催化劑的重復(fù)利用。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例一制得的TiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖。
[0021]圖2是本發(fā)明實施例一制得的TiFe2O4的SEM圖。
[0022]圖3是本發(fā)明實施例一制得的TiFe2O4異相芬頓降解酸性橙II動力學(xué)曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)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(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0024]實施例一:純相TiFe2O4的制備過程和步驟如下所述:
[0025](I)分別取適量的硫酸亞鐵和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+ = Ti4+= 2:1的比例溶解于去離子水中，攪拌均勻。
[0026](2)將⑴中得到的金屬離子混合液緩慢的滴加到適量的氨水堿溶液中，金屬溶液滴加完畢后，反應(yīng)體系磁力攪拌反應(yīng)2h。
[0027](3)攪拌完畢后，混合溶液多次重復(fù)水洗離心分離得到催化劑固體。
[0028](4)離心后的沉淀物置于烘箱中100°C干燥12h。
[0029](5)待(4)步驟干燥后的樣品冷卻后，研磨和篩分，置于馬弗爐中400°C煅燒3h。煅燒后得到高效磁性異相芬頓催化劑TiFe204。
[0030](6)將步驟(5)獲得的樣品在400°C氫氣還原3h，得到純相鈦磁鐵礦異相芬頓催化劑 TiFe2O4O
[0031]純相TiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖譜可參見圖1
[0032]如圖1所示，是本發(fā)明制備的樣品TiFe2O4的XRD圖譜，從圖1中可看出，合成TiFe2O4的X-射線衍射特征峰與磁鐵礦標(biāo)準(zhǔn)卡(JCPDS:19-0629)基本吻合。這說明了合成的TiFe2O4的為立方晶系尖晶石結(jié)構(gòu)。從XRD圖譜看出，尖晶TiFe 204的主要衍射峰全部出現(xiàn)且很尖銳，表明合成的TiFe2O4的結(jié)晶度很好。
[0033]純相TiFe2O4的SEM圖譜可參見圖2
[0034]圖2為TiFe2O4的SEM照片，由圖2可以看出，樣品顆粒呈球形、分散均勻、大小均一，其尺寸約為200nm，而且樣品團(tuán)聚小、分散度高。
[0035]以TiFe2O4為異相芬頓催化劑降解陰離子型染料酸性橙II廢水
[0036]TiFe2O4異相芬頓脫色降解酸性橙II (AOII)實驗在100mL的碘量瓶中進(jìn)行，反應(yīng)體系中模擬廢水酸性橙II (AOII)初始濃度(C。)為100mg/L，催化劑負(fù)載量為0.4g/L，過氧化氫濃度為0.lmol/Lo反應(yīng)過程中，磁力攪拌器劇烈攪拌，充分使催化劑與溶液混合均勻，隔一定時間從反應(yīng)體系中取出反應(yīng)液，測定酸性橙II濃度隨反應(yīng)時間的變化，TiFe2O4異相芬頓脫色降解酸性橙II (AOII)的結(jié)果如圖3所示。
[0037]從圖3可以看出僅僅在過氧化氫(無催化劑)作用下，酸性橙II (AOII)完全沒有被去除，單獨靠過氧化氫對酸性橙II (AOII)沒有去除效果。加入TiFe2O4催化劑后降解效果得到顯著的提高，表明在其他條件相同的情況下，TiFe2O4異相芬頓催化劑的加入顯著促進(jìn)了酸性橙II (AOII)的降解，420min后去除率高達(dá)95%。
【主權(quán)項】
1.一種磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑，其特征在于，所述的催化劑化學(xué)式為TiFe2O402.如權(quán)利要求1所述的摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:a、將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+: Ti4+= 2: I的比例溶解配置成混合液； b、將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應(yīng)； C、反應(yīng)完畢后，多次重復(fù)水洗、離心分離得到沉淀物； d、將沉淀物干燥； e、干燥后的樣品研磨、篩分，于300?400°C煅燒2?3h; f、將煅燒后的樣品在300?400°C下氫氣還原2?3h，得到所述的催化劑。3.如權(quán)利要求2所述的磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，堿為氨水或氫氧化鈉，攪拌時間2h。4.如權(quán)利要求2所述的磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(d)中，干燥溫度為100°C，干燥時間為12h。5.如權(quán)利要求1-4任一所述的催化劑在處理染料廢水中的應(yīng)用，在染料廢水中加入.0.1?0.4mol/L的過氧化氫，染料廢水的pH值為2?3，所述的染料為陰離子型染料酸性橙II。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應(yīng)用，所述的催化劑化學(xué)式為TiFe2O4，是通過將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+:Ti4+＝2：1的比例溶解配置成混合液；將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完畢后，多次重復(fù)水洗、離心分離得到沉淀物；干燥后的沉淀物研磨、篩分，于300～400℃煅燒2～3h；將煅燒后的樣品在300～400℃下氫氣還原2～3h，得到所述的催化劑。本發(fā)明異相芬頓催化劑TiFe2O4與傳統(tǒng)制備方法相比，結(jié)構(gòu)中Fe2+未被氧化，為純相鈦磁鐵礦TiFe2O4，降解染料廢水效果好，具有很高的去除效果。
【IPC分類】C02F103/30, B01J23/745, C02F101/38, C02F1/72
【公開號】CN105195149
【申請?zhí)枴緾N201510674425
【發(fā)明人】張晉華, 張春艷, 張才華, 邱園園, 楊士建, 梁曉亮, 戚飛鴻
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月16日