本发明专利技术涉及微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂及其在降解水中有机污染物中的应用。称取FeCl3和ZnCl2溶于去离子水中，再将经过预处理的碳纳米管加入到溶液中，超声处理1.0-3.0min，调pH至7.5-11.5，搅拌后转入聚四氟乙烯反应罐中，再将反应罐置于微波消解仪中，于0.3～1.5MPa下，水热反应10～40min，反应完成之后将所得产物用去离子水洗至中性，过滤，产物在70℃恒温下烘干，研磨后过100目筛，得到铁酸锌负载碳纳米管催化剂。本发明专利技术提供的催化剂与微波联合降解水中有机污染物，催化剂制备速度快，降解效率高，速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化降解领域，具体地涉及一种采用微波水热法制备的磁性铁酸锌负载碳纳米管作为催化剂结合微波降解有机污染物的方法。
技术介绍
双酚A(BPA)是工业生产中重要的化工原料，被广泛应用于生活领域，如罐头的内包装、食品包装、牙科填充剂及婴儿用瓶等塑料行业。但由于其可导致生物体生殖功能下降，并能造成三致(致突变、致畸和致癌)等遗传效应，其安全性问题受到了极大的关注。随着生产和使用的扩大，双酚A已成为全球性的污染物，并被认为是具有代表性的环境内分泌干扰物。在生产和使用过程中，含双酚A的废水不可避免地排入到环境中，对生态系统和人类健康带来严重的危害，因此，急需探索能使水体中双酚A高效快速降解的新方法。 现有的降解方法主要是物理法，化学法和生物法。然而水体中的双酚A常常是浓度低且难降解，这些方法并不能从根本上彻底降解污染物，常常会带来二次污染，而且成本较高，适用范围有限。比较受欢迎的化学降解方法光催化降解通常需要较长的光照时间，而且还有降解不完全等缺点。近年来，微波降解技术已被应用到环境污染物处理中，然而微波催化剂的选择和制备方法的改进对于提高微波催化降解有机污染物的效率和速度是至关重要的。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供一种用于微波降解中的降解速率快，成本低，没有中间产物生成和不会造成二次污染的高效复合催化剂——微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂(ZnFe2O4负载CNTs)。 本专利技术是通过如下的技术方案实现的：微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，制备方法如下： >1)碳纳米管预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛； 2)称取FeCl3和ZnCl2溶于去离子水中，再将经过预处理的碳纳米管加入到溶液中，超声处理1.0-3.0min，调pH至7.5-11.5，搅拌后转入聚四氟乙烯反应罐中，再将反应罐置于微波消解仪中，于0.3～1.5MPa下，水热反应10～40min，反应完成之后将所得 产物用去离子水洗至中性，过滤，产物在70℃恒温下烘干，研磨后过100目筛，得到铁酸锌负载碳纳米管催化剂。 上述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，所述的碳纳米管的粒径是10～20nm。 上述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，溶液中，Fe3+浓度为0.03～0.18mol/L。 上述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，溶液中，Fe3+与Zn2+的摩尔比为2:1。 上述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，步骤2)中，调节pH至9.5。 本专利技术的另一目的是提供一种铁酸锌负载碳纳米管催化剂联合微波技术降解有机污染物的方法。 方法如下：取含有有机污染物的废水，调节初始浓度为5.0-25.0mg/L，加入上述任一所述的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，放入微波反应器，于150-750W下，照射0.5-5min。 所述的有机污染物是双酚A、甲基橙、酸性橙II、甲基对硫磷和十二烷基苯磺酸钠。 本专利技术的有益效果是：本专利技术采用的多壁碳纳米管(CNTs)作为纳米吸附材料。当微波照射CNTs等固体微波敏化剂时，CNTs表面会产生许多“热点”，这些“热点”的温度比其它部位高很多，在“热点”周围的有机污染物在致热和非致热效应的共同作用下燃烧分解，释放出二氧化碳、水和无机离子等。本专利技术采用微波水热法制备催化剂ZnFe2O4负载多壁CNTs。由于铁酸锌(ZnFe2O4)在室温下表现出超顺磁性，是高频带理想的磁性吸波材料。当ZnFe2O4负载到CNTs上时，微波辐射能使CNTs的吸波性能增强。ZnFe2O4负载CNTs的表面会产生比CNTs更多的“热点”和更高的温度，加速了“热点”周围的有机污染物的氧化分解。本专利技术采用微波水热法对CNTs进行改性，利用得到的磁性ZnFe2O4负载CNTs作为催化剂，协同微波照射降解水中有机污染物，降解率可达100％。本专利技术作为一种处理有机污染物废水的新方法，具有催化剂制备速度快，有机污染物降解效率高、降解速度快、成本低和无二次污染等优点，特别适合于水中低浓度的有机污染物的处理。 附图说明图1是BPA溶液的UV-vis光谱图。 具体实施方式实施例1 铁酸锌负载碳纳米管催化剂 (一)Fe3+的浓度对降解率的影响 1、制备方法 碳纳米管的预处理：将碳纳米管(粒径10～20nm)加入硝酸中，煮沸30min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛； 微波水热法制备铁酸锌负载碳纳米管催化剂(ZnFe2O4/CNTs)催化剂：如表1分别称取FeCl3使Fe3+浓度为0.03～0.18mol/L，按Fe3+与Zn2+的摩尔比为2:1，称取ZnCl2固体，然后共同溶于15.0mL去离子水中，得溶液，再将0.5g经过预处理的碳纳米管(CNTs，10-20nm)加入到溶液中，并超声处理1.0min。搅拌，调pH至9.5，搅拌后转入聚四氟乙烯反应罐中，再将反应罐置于微波消解仪中，在1.5MPa下反应30min，反应完成之后将所得产物用去离子水洗至中性，过滤，产物在70℃恒温下烘干，研磨后过100目筛，分别得到不同的铁酸锌负载碳纳米管(ZnFe2O4/CNTs)催化剂，放入干燥器，备用。 2、降解实验 微波(MW)降解：量取25.0mL 10mg/L双酚A溶液于放于反应器中，分别加入上述不同条件下制备的ZnFe2O4/CNTs催化剂0.02g，放入微波炉，于750W，照射3.0min，冷却至室温，过滤，在200-800nm测定其UV-vis光谱。取276nm处的吸光度计算BPA的降解率，结果见表1。 降解率(％)＝(C0–C)/C0×100％ 其中C0：原液的浓度；C：样品的浓度 表1 Fe3+的浓度对BPA降解率的影响 (微波水热反应压力1.5MPa,微波水热反应时间30min,10mg/L BPA,750W,3.0min MW,0.8g/L CNTs) 由表1可见，Fe3+浓度对BPA的降解率有明显的影响。当Fe3+浓度从0～0.18mol/L变化时，降解率先升高后降低，当Fe3+浓度为0.03mol/L时降解率最高。这是因为磁性物质 ZnFe2O4能有效地吸收微波能，随着Fe3+浓度的增大，ZnFe2O4负载量逐渐增多，负载后不仅能增加CNTs表面活性点的数量，而且还可以提高“热点”的温度，加速BPA的降解；然而，当继续增加ZnFe2O4含量时，过多的ZnFe2O4可能会堵塞或是覆盖CNTs的表面，从而阻碍了CNTs上“热点”的形成，进而影响降解效果。因此本专利技术中，优选合成中Fe3+浓度为0.03mol/L。 (二)微波水热压力对降解率的影响 方法同(一)。只改本文档来自技高网...
【技术保护点】
微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，其特征在于制备方法如下：1)碳纳米管预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20‑40min，冷却至室温，用去离子水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干燥5‑7h，冷却，研磨，过100目筛；2)称取FeCl3和ZnCl2溶于去离子水中，得混合液，再将经过预处理的碳纳米管加入到混合液中，超声处理1.0‑3.0min，调pH至7.5‑11.5，搅拌后转入聚四氟乙烯反应罐中，再将反应罐置于微波消解仪中，于0.3～1.5MPa下，水热反应10～40min，反应完成之后将所得产物用去离子水洗至中性，过滤，产物在70℃恒温下烘干，研磨后过100目筛，得到铁酸锌负载碳纳米管催化剂。
【技术特征摘要】
1.微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，其特征在于制备方法如下：
1)碳纳米管预处理：将碳纳米管加入硝酸中，煮沸20-40min，冷却至室温，用去离子
水洗涤悬浮液至中性，过滤，所得到的碳纳米管颗粒物在105℃的恒温干燥箱中干
燥5-7h，冷却，研磨，过100目筛；
2)称取FeCl3和ZnCl2溶于去离子水中，得混合液，再将经过预处理的碳纳米管加入到
混合液中，超声处理1.0-3.0min，调pH至7.5-11.5，搅拌后转入聚四氟乙烯反应罐
中，再将反应罐置于微波消解仪中，于0.3～1.5MPa下，水热反应10～40min，反应
完成之后将所得产物用去离子水洗至中性，过滤，产物在70℃恒温下烘干，研磨后
过100目筛，得到铁酸锌负载碳纳米管催化剂。
2.如权利要求1所述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，其特征在于：所述
的碳纳米管的粒径是10～20nm。
3.如权利要求1所述的微波水热法制备的铁酸锌负载碳纳米管催化剂，其特征在于：混合
【专利技术属性】
技术研发人员：张朝红，王君，张子默，李媛媛，郜炜，宋立军，乔珩，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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