一种稻壳基负载金属催化剂介孔二氧化硅制备的方法技术

本发明专利技术涉及一种稻壳基负载金属催化剂介孔二氧化硅制备的方法。主要探索了铁负载介孔二氧化硅的最佳制备条件以及在染料废水中降解性能的研究。以稻壳为硅源，以硝酸铁为铁源，利用稻壳中木质素和聚乙二醇的协同作用制备出负载铁的介孔二氧化硅，负载催化剂的介孔二氧化硅分散性好尺寸均一，具有较大的比表面积和孔体积。本发明专利技术生物基多孔炭材料具有发达的孔道结构和很高的比表面积，该发明专利技术生物基多孔炭制备方法简单可行，环境污染小，原材料来源广泛，易实现工业化生产。

Method for preparing mesoporous silica supported by rice husk base metal catalyst

The invention relates to a method for preparing mesoporous silica supported by rice husk base metal catalyst. The optimum preparation conditions of iron loaded mesoporous silica and the degradation of dye wastewater were studied. Using rice husk as silicon source, using ferric nitrate as iron source, using rice husk lignin and synergistic effect of preparation of mesoporous silica supported iron peg, mesoporous silica supported catalyst has good dispersion and uniform size, has a large specific surface area and pore volume. The invention of bio based porous carbon material has developed pore structure and high specific surface area, the invention of biological activated carbon preparation method is simple and feasible, small environmental pollution, wide source of raw materials, easy realization of industrialized production.

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及了一种稻壳基负载金属催化剂介孔二氧化硅制备的方法，具体涉及以稻壳为硅源，以硝酸铁为铁源，利用稻壳中木质素和聚乙二醇的协同作用制备出负载金属催化剂介孔二氧化硅。
技术介绍
迅速发展的科学技术推动了工业的飞速进步和发展，其排放的大量废气、废液、废渣对人类健康和生态环境造成了巨大的危害。尤其是染料工业，在其生产和使用过程中产生的废水占全国废水排放总量的2％左右，已成为主要的水污染源。我国的染料产量位居世界前列，每生产1t染料就会产生约700m3废水，此外，在其使用过程中也会产生的大量废水。染料废水中含有多种重金属离子，且其组成成分大多数为高分子络合物，化学性质稳定难以自然降解，属于难治理的废水之一。更为严重的是，染料废水含有大量有毒成分，能使生物致癌和基因突变，如果这些废水未经处理就直接排放到环境中，会对自然环境造成极大的危害。此外，我国淡水资源人均占有量少仅为世界平均水平的1/4，淡水资源严重缺乏。因此必须寻求有效的方法来处理染料废水。Fenton氧化法是高级氧化法中最典型的一种催化氧化技术，与其他高级氧化法相比，Fenton催化氧化法降解速率快、抗干扰能力强、适用范围广，且最终产物为O2和H2O，对环境无污染，因此Fenton催化氧化法被认为是目前最具有应用前景的废水处理技术。Fenton反应的本质是Fe2+和H2O2反应生成羟基自由基·OH，·OH具有较高的氧化电极电位、电负性和电子亲和能，因此具有极强的氧化性。能将一般氧化法难以降解的、结构复杂的有机物降解为CO2、H2O和无机离子等简单无机物。Fenton反应的机理属于自由基反应。非均相Fenton氧化技术降解效率高、H2O2消耗量低、pH值适用范围广并且催化剂可循环利用。非均相Fenton氧化技术是以含铁的固体催化剂代替均相Fenton氧化技术反应液中的Fe2+的一种催化氧化技术。根据催化剂的载体可将非均相Fenton催化剂分为有机载体型和无机载体型两大类。介孔材料作为一种新型的纳米材料，具有较大的比表面积和孔容，规则整齐且可调的孔道结构。基于介孔材料的这些优点，介孔材料在处理染料废水去除难生物降解的有机物方面受到了极大的关注。稻壳是大米生产过程的主要副产物之一，我国稻壳的年产量达到约4000万吨。由于稻壳的营养物质少、灰分含量高、硬度大，目前其利用程度较低。大部分的稻壳被当作农业垃圾废弃，造成了严重的污染和浪费。稻壳中约含有20％的二氧化硅，利用稻壳生产介孔二氧化硅不仅解决稻壳对环境的污染问题，还能带来可观的经济效益。介孔纳米二氧化硅具有较大的比表面积和孔体积，能更快、更均匀的分散到溶液中，能与Fenton催化剂相辅相成增强降解能力。本专利致力于以稻壳为硅源的介孔二氧化硅的制备及改性研究，旨在制备出非均相Fenton催化降解亚甲基蓝染料的高效催化剂。
技术实现思路
为实现本专利技术所提供的技术方案是：(1)稻壳的预处理及硅酸钠提取液称取一定质量的稻壳，浸渍在5％的酸溶液中，固液比为1∶10，置于水浴锅中，80℃下恒温6h，冷却至室温，固液分离，固体用去离子水洗至中性，于鼓风干燥箱100℃烘12h，称取一定量的干燥的酸预处理后的稻壳浸渍在5％的碱溶液中，100℃下回流6h，固液分离所得滤液即是含有碱木质素和硅酸钠提取液；(2)二氧化硅负载金属催化剂的制备量取50ml含有硅酸钠和碱木质素的提取液，提取液、蒸馏水、乙醇按一定的体积比放入250ml三口瓶烧瓶中，80℃水浴并搅拌用5％的酸调节溶液pH到9，加入聚乙二醇，聚乙二醇的Mr为2000～20000，聚乙二醇的质量是提取液中二氧化硅的质量的30％，恒温0.5h，继续调节pH至7，然后加入铁盐，铁盐的量是提取液中二氧化硅质量的0～20％，缓慢滴加并快速搅拌，继续反应0.5h，调节pH分别为3～6，继续反应3h，固液分离，用去离子水将固体洗至中性，于鼓风干燥箱中100℃烘12h，然后将烘干的产品放入研钵中研成粉末，放入马弗炉中600℃煅烧2h，即得到二氧化硅负载金属催化剂。为更好理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术做进一步地详细说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。实施例1：(1)稻壳的预处理及硅酸钠提取液称取一定质量的稻壳，浸渍在5％的酸溶液中，固液比为1∶10，置于水浴锅中，80℃下恒温6h，冷却至室温，固液分离，固体用去离子水洗至中性，于鼓风干燥箱100℃烘12h，称取一定量的干燥的酸预处理后的稻壳浸渍在5％的碱溶液中，100℃下回流6h，固液分离所得滤液即是含有碱木质素和硅酸钠提取液；(2)二氧化硅负载金属催化剂的制备量取50ml含有硅酸钠和碱木质素的提取液，提取液、蒸馏水、乙醇按一定的体积比放入250ml三口瓶烧瓶中，80℃水浴并搅拌用5％的酸调节溶液pH到9，加入聚乙二醇，聚乙二醇的Mr为2000，聚乙二醇的质量是提取液中二氧化硅的质量的为10％，恒温0.5h，继续调节pH至7，然后加入硝酸铁，硝酸铁的量是提取液中二氧化硅质量的10％，缓慢滴加并快速搅拌，继续反应0.5h，调节pH分别为5，继续反应3h，固液分离，用去离子水将固体洗至中性，于鼓风干燥箱中100℃烘12h，然后将烘干的产品放入研钵中研成粉末，放入马弗炉中600℃煅烧2h，即得到负载金属催化剂介孔二氧化硅。实施例2：改变聚乙二醇的Mr为4000，其他步骤同实施例1，得到负载金属催化剂介孔二氧化硅。实施例3：改变铁盐的量是提取液中二氧化硅的质量的20％，其他步骤同实施例1，得到负载金属催化剂介孔二氧化硅。实施例4：改变最后反应的pH为6，其他步骤同实施例1，得到负载金属催化剂介孔二氧化硅。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稻壳基负载金属催化剂介孔二氧化硅制备的方法，具体步骤如下：(1)稻壳的预处理及硅酸钠提取液称取一定质量的稻壳，浸渍在5％的酸溶液中，固液比为1∶10，置于水浴锅中，80℃下恒温6h，冷却至室温，固液分离，固体用去离子水洗至中性，于鼓风干燥箱100℃烘12h，称取一定量的干燥的酸预处理后的稻壳浸渍在5％的碱溶液中，100℃下回流6h，固液分离所得滤液即是含有碱木质素和硅酸钠提取液；(2)负载金属催化剂介孔二氧化硅的制备量取50ml含有硅酸钠和碱木质素的提取液，提取液、蒸馏水、乙醇按一定的体积比放入250ml三口瓶烧瓶中，80℃水浴并搅拌用5％的酸调节溶液pH到9，加入聚乙二醇，聚乙二醇的Mr为2000～20000，聚乙二醇的质量是提取液中二氧化硅的质量的为30％，恒温0.5h，继续调节pH至7，然后加入铁盐，铁盐的量是提取液中二氧化硅质量的0～20％，缓慢滴加并快速搅拌，继续反应0.5h，调节pH分别为3～6，继续反应3h，固液分离，用去离子水将固体洗至中性，于鼓风干燥箱中100℃烘12h，然后将烘干的产品放入研钵中研成粉末，放入马弗炉中600℃煅烧2h，即得到负载金属催化剂介孔二氧化硅。...

【技术特征摘要】
1.一种稻壳基负载金属催化剂介孔二氧化硅制备的方法，具体步骤如下：(1)稻壳的预处理及硅酸钠提取液称取一定质量的稻壳，浸渍在5％的酸溶液中，固液比为1∶10，置于水浴锅中，80℃下恒温6h，冷却至室温，固液分离，固体用去离子水洗至中性，于鼓风干燥箱100℃烘12h，称取一定量的干燥的酸预处理后的稻壳浸渍在5％的碱溶液中，100℃下回流6h，固液分离所得滤液即是含有碱木质素和硅酸钠提取液；(2)负载金属催化剂介孔二氧化硅的制备量取50ml含有硅酸钠和碱木质素的提取液，提取液、蒸馏水、乙醇按一定的体积比放入250ml三口瓶烧瓶中，80℃水浴并搅拌用5％的酸调节溶液p...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲玉宁，王志宏，唐全全，魏伟，刘家良，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12