一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法及其应用，包括如下步骤：(1)将硝酸铜和硝酸铁按摩尔比1:2溶解于去离子水中，再加入一定量的柠檬酸钠；(2)将步骤(1)所得的物料在油浴磁力搅拌；(3)将步骤(2)所得的物料取出烘干至形成溶胶；(4)将步骤(3)所得溶胶在马弗炉中煅烧得到第一组分；(5)将第一组分在氢气氛围中还原得到所述磁性缺氧位铁酸铜催化剂。本发明专利技术制备的缺氧位铁酸铜催化剂较还原前能够有效催化过硫酸盐，并且催化剂具有磁性经磁分离后可再次使用。

Preparation method of magnetic oxygen free copper acid catalyst and application thereof

The invention discloses a preparation method and application of a magnetic bit hypoxia copper ferrite catalyst, which comprises the following steps: (1) the copper nitrate and iron nitrate molar of 1:2 dissolved in deionized water, then adding a certain amount of sodium citrate; (2) the step (1) the magnetic material in the oil bath stirring; (3) the step (2) the material removed dried to form sol; (4) the step (3) the first component sol calcined in a muffle furnace; (5) the first component in hydrogen atmosphere by reducing the magnetic potential hypoxia copper ferrite catalyst. The catalyst prepared by this invention can catalyze persulfate more effectively than before reduction, and the catalyst is magnetic and can be reused after magnetic separation.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
氧化法作为含有机物的废水处理中重要的组成形式，可有效去除难生化降解的有机物。Fenton及类Fenton反应作为化学氧化法中应用较多的一种，其优点在于产生的羟基自由基具很强的氧化性，能够无差别氧化绝大部分的有机物，达到去除污染物的目的。但由于其对反应条件要求较为苛刻(pH值为3左右)，H2O2的价格昂贵，保存困难，后续生化处理需要对进水进行pH调节，从而导致处理成本过高。基于硫酸根自由基(SO4-·)的过硫酸盐(PS)及过一硫酸盐(PMS)是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术。其优点为具有高选择氧化性、不依赖pH值和其产生的硫酸根自由基很强的氧化性。此外，硫酸根自由基比羟基自由基在水体中存在的时间长，能够持续氧化有机物直至其矿化。同Fenton体系相似，过硫酸盐可以通过Fe2+、过渡金属、超声、UV等方式催化产生硫酸根自由基。此外，过硫酸盐也可以通过热催化和碱催化的方式产生硫酸根自由基，不过成本较高。Fe2+在中性条件下可有效的催化过硫酸盐产生硫酸根自由基，但在中性条件下Fe2+易氧化为Fe3+从而失去活性。并且过多的Fe2+会与硫酸根自由基结合，降低氧化能力。其中Co2+虽然有较高的催化性能，但其致癌作用导致Co2+并不能广泛应用。而铁的氧化物作为另一支常用的催化剂由于其催化性能较弱，往往需要额外的能量输入，如超声及UV，从而增加处理成本。目前，较多使用的铁酸铜催化剂催化PMS有良好的效果，但在PS的催化效果上并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法。本专利技术提供的缺氧位铁酸铜能够有效提供电子转移达到铁酸铜不能达到的催化效果。而且本催化剂具有磁性，能够通过磁分离达到简单的回收及分离。本专利技术的另一目的在于提供上述缺氧位铁酸铜催化剂的应用。本专利技术的具体技术方案如下：一种缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：1.5-2.5：2～5；(2)将步骤(1)所得的溶液在40～80℃油浴磁力搅拌3～7h，待溶液剩约原体积的二分之一至四分之一时，将溶液置于50-90℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)步骤(2)所得的凝胶在150～600℃煅烧2～6h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分；(4)将第一组份放置在100～500℃氢气氛围内还原1～10h，待自然冷却后取出得到所述磁性缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中；在本专利技术的一个优选实施方案中，所述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：2：3～4。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(2)为：所得的溶液在50～70℃油浴磁力搅拌4～6h，待溶液剩约原体积的二分之一至四分之一时，将溶液置于60-80℃烘箱内干燥至形成凝胶。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：将步骤(2)所所得的凝胶在200～500℃煅烧3～5h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(4)为：将第一组份放置在200～400℃氢气氛围内还原1～10h，待自然冷却后取出得到所述缺氧位铁酸铜催化剂保存于氮气氛围中。一种上述制备方法制备的缺氧位铁酸铜催化剂在处理含有有机污染物的废水中的应用。在本专利技术的一个优选实施方案中，在常温和中性pH的条件下，将所述缺氧位铁酸铜催化剂与过硫酸盐一同加入到所述废水中，过硫酸盐在废水中的浓度为0.6～1.0g/L，铁铜复合催化剂在废水中的浓度为0.1～0.3g/L。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述过硫酸盐为过硫酸钠和/或过硫酸钾。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的制备方法制备的缺氧位铁酸铜催化剂与过硫酸盐一同加入含有有机污染物的废水中，二者接触形成大量具有强氧化性的硫酸根自由基，从而氧化有机污染物使其降解，2、本专利技术制备的缺氧位铁酸铜催化剂与过硫酸盐协同作用，无需外加能量，常温中性pH条件下即能达到反应所需条件，相比于均相过硫酸盐体系，非均相过硫酸盐体系能够持续不断地提供硫酸根自由基，从而持续降解水中的有机污染物。3、本专利技术的制备方法制备的缺氧位铁酸铜催化剂较还原前的铁酸铜催化剂能够有效催化过硫酸盐，能够有效提供电子转移达到铁酸铜不能达到的催化效果。4、本专利技术制备的缺氧位铁酸铜催化剂还原后依然保留了铁酸铜的磁性，能够通过简单的磁选达到分离。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的第一组分的表面的电子显微镜照片。图2是本专利技术实施例1最终得到的缺氧位铁酸铜催化剂的电子显微镜照片。图3是本专利技术实施例1中不同体系处理水中扑热息痛的效果图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：2：3.5；总体积为200ml，硝酸铜的摩尔浓度0.025mol/L。(2)将步骤(1)所得的溶液在60℃油浴磁力搅拌4h，待溶液剩约100mL时，将溶液置于70℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)步骤(2)所得的凝胶在300℃煅烧2h脱胶，自然冷却研磨后得如图1所示第一组分；(4)将第一组份放置在300℃氢气氛围内还原3h，待自然冷却后取出得到如图2所示缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中；向反应器中加入100mL含有100ppm的扑热息痛溶液，向溶液中加入过硫酸钠和缺氧位铁酸铜催化剂，使其浓度分别为0.8g/L和0.3g/L。用高效液相色谱检测处理效果，如图3所示，在25℃和pH值为6.5条件下。扑热息痛60min后的降解率为92％。实施例2(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：2：4；总体积为200ml，硝酸铜的摩尔浓度0.025mol/L。(2)将步骤(1)所得的溶液在70℃油浴磁力搅拌4h，待溶液剩约50mL时，将溶液置于60℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)步骤(2)所得的凝胶在500℃煅烧3h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分；(4)将第一组份放置在400℃氢气氛围内还原1h，待自然冷却后取出得到缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中；实施例3(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：2：3.5；总体积为200ml，硝酸铜的摩尔浓度0.025mol/L。(2)将步骤(1)所得的溶液在50℃油浴磁力搅拌6h，待溶液剩约75mL时，将溶液置于80℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)步骤(2)所得的凝胶在200℃煅烧5h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分；(4)将第一组份放置在200℃氢气氛围内还原8h，待自然冷却后取出得到缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中；对比例1使用相同体系，向反应器中加入100mL含有100ppm的扑热息痛溶液，向溶液中加入过硫酸钠，使其浓度分别为0.8g/L，加入第一组份制得铁酸铜催化剂。用高效液相色谱检测处理效果，如图3所示，在25℃和pH值为6.5条件下。扑热息痛60min后的降解率为5％。本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：1.5～2.5：2～5；(2)将步骤(1)所得的溶液在40‑80℃油浴磁力搅拌3～7h，待溶液剩约原体积的二分之一至四分之一时，将溶液置于50‑90℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)将步骤(2)所得的凝胶在150‑600℃煅烧2～6h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分；(4)将第一组份放置在100～500℃氢气氛围内还原1～10h，待自然冷却后取出得到所述磁性缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中。

【技术特征摘要】
1.一种磁性缺氧位铁酸铜催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将硝酸铜和硝酸铁加入去离子水中，待溶解后再加入柠檬酸，上述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：1.5～2.5：2～5；(2)将步骤(1)所得的溶液在40-80℃油浴磁力搅拌3～7h，待溶液剩约原体积的二分之一至四分之一时，将溶液置于50-90℃烘箱内干燥至形成凝胶；(3)将步骤(2)所得的凝胶在150-600℃煅烧2～6h脱胶，自然冷却研磨后得第一组分；(4)将第一组份放置在100～500℃氢气氛围内还原1～10h，待自然冷却后取出得到所述磁性缺氧位铁酸铜催化剂，保存于氮气氛围中。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硝酸铜、硝酸铁、柠檬酸的摩尔比为1：1.5～2.5：2～5。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)为：所得的溶液在50-70℃油浴磁力搅拌4～6h，待溶液剩约原体积的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪俊明，张圆春，张倩，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35