一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法。其技术方案是：将氢氧化钾和炭基材料混合，微波活化，冷却；通入水蒸气，洗涤，烘干；再于硝酸铈溶液中磁力搅拌，干燥，加入镍坩埚中于管式炉中，在氮气气氛和300～500℃煅烧，得改性炭基材料Ⅲ。向改性炭基材料Ⅲ中加入混合铁盐和去离子水，用NaOH溶液调pH值，在氮气气氛和60～80℃的条件下反应0.5～1.5h；然后将得到的黑色悬浮液静置，取下层沉淀物；用去离子水和无水乙醇交替洗涤至中性，在40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，制得铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂。本发明专利技术生产成本低，所制备的铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂对染料废水的去除效率高。

A Cerium Modified Carbon-based Fe3O4 Imitated Enzyme Catalyst and Its Preparation Method

The invention relates to a cerium modified carbon-based supported Fe3O4 enzyme-mimetic catalyst and a preparation method thereof. The technical scheme is as follows: mixing potassium hydroxide and carbon-based materials, microwave activation and cooling; introducing steam, washing and drying; magnetic stirring in cerium nitrate solution, drying, adding Nickel Crucible in tubular furnace, calcining in nitrogen atmosphere and 300-500 C, to obtain modified carbon-based materials III. Mixed iron salts and deionized water were added to the modified carbon-based material III, the pH value was adjusted by NaOH solution, and the reaction time was 0.5-1.5 h in nitrogen atmosphere and 60-80 C. Then the black suspension was stationary and the lower sediment was removed. The black suspension was washed to neutral by deionized water and anhydrous ethanol alternately and dried for 2-4 h at 40-60 C and 0.05-0.08MPa to prepare cerium-modified carbon-based loaded Fe3O4. Enzyme-like catalysts. The invention has low production cost and high removal efficiency of dye wastewater by prepared Cerium Modified carbon-based supported Fe3O4 enzyme-like catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法
本专利技术属于负载Fe3O4仿酶催化剂
特别涉及一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法。
技术介绍
染料广泛应用于纺织、皮革、印染和化妆品等行业，染料废水不仅影响水体美感，而且成分复杂和毒性大，对水环境和人体健康有极大的危害。当前染料废水深度处理方法主要有吸附法、膜分离法、生物法、絮凝沉淀法和高级氧化法等。高级氧化法中的非均相芬顿氧化法具有独特优势，特别是基于Fe3O4的非均相芬顿氧化法，利用Fe3O4具有过氧化物酶的催化活性和易被磁体分离回收的特性，在废水处理中得到广泛应用，但存在Fe3O4不稳定、极易氧化和活性不高的问题。故开发稳定、高效和成本低的新型绿色催化剂受到技术人员的关注。铈作为镧系金属中运用最多的元素，具有强大的储氧和放氧能力，用铈对Fe3O4进行改性可以增加催化剂的活性、稳定性和电子转移，可加快·OH的生成，提高催化剂的效率。如“纳米Fe3O4/CeO2复合材料的制备方法及应用”(CN102327773A)专利技术，该技术采用Fe3O4负载在CeO2上，制得类Fenton催化剂，对酚类废水有一定的催化活性，但催化剂用量大和成本高；“Fe3O4/CeO2纳米复合材料、制备方法及其应用”(CN105498783A)专利技术，该技术虽制得Fe3O4/CeO2催化剂，但制备时间长、能耗高和使用条件苛刻；“一种磁性类芬顿催化剂及其制备方法”(CN107469827A)专利技术，该技术合成的Fe3O4/CeO2类芬顿催化剂，对低浓度亚甲基蓝降解效果较好，效率较低。这些技术虽然都运用了Fe3O4与CeO2之间的协同作用。但存在制备时间长、反应条件苛刻、催化效率低和成本高等缺陷。活性炭、石墨烯等炭材料具有极大的比表面积和良好的吸附性能，是较好的催化剂载体材料。如“一种磁性活性炭一体化处理印染废水的方法”(CN105439238A)专利技术，该技术以活性炭为载体负载Fe3O4，制得复合材料，与H2O2构成类芬顿体系，但活性炭活化时间太长；“一种磁性石墨烯的一步合成方法”(CN107243344A)专利技术，该技术虽操作简单，但合成时间长达10h，成本较高。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低的铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的制备方法，用该方法制备的铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂对染料废水去除效率高。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：步骤一、按氢氧化钾∶炭基材料的质量比为2～4∶1，将所述氢氧化钾和所述炭基材料混合，在氮气气氛和600～750℃条件下微波活化5～10min，冷却至60～90℃；再以1～3L/min的流量通入水蒸气，通入水蒸气的时间为10～15min；然后用浓度为0.1mol/L的盐酸洗涤至中性，烘干，即得改性炭基材料Ⅰ。步骤二、将所述改性炭基材料Ⅰ浸于硝酸铈溶液中，磁力搅拌1～4h；再于40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，即得改性炭基材料Ⅱ。步骤三、将所述改性炭基材料Ⅱ加入到镍坩埚中，再置于管式炉中，在氮气气氛和300～500℃条件下煅烧1～3h，即得改性炭基材料Ⅲ。步骤四、按所述改性炭基材料Ⅲ∶混合铁盐∶去离子水的质量比为1∶1.8～4.1∶50～100，向所述改性炭基材料Ⅲ中加入所述混合铁盐和去离子水，再加入NaOH溶液至pH值为10～11，然后在氮气气氛和60～80℃的条件下反应0.5～1.5h，得到黑色悬浮液。步骤五、将所述黑色悬浮液静置5～10min，取下层沉淀物；再用去离子水和无水乙醇交替洗涤至中性，在40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，制得铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂。所述氢氧化钾的KOH含量为85～90wt％。所述炭基材料为粉焦、半焦和块焦中的一种；所述炭基材料的粒度≤0.15mm。所述微波的功率为200～600W。所述硝酸铈溶液的浓度为0.01mol/L、0.02mol/L和0.03mol/L中的一种。所述混合铁盐为氯化铁和氯化亚铁的混合物、氯化铁和硫酸亚铁的混合物、硫酸铁和氯化亚铁的混合物、硫酸铁和硫酸亚铁的混合物中的一种；所述混合铁盐中的Fe2+∶Fe3+的物质的量比为3∶4。所述的NaOH溶液的浓度为0.2mol/L。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1、本专利技术利用改性炭基材料为载体，原料来源广泛，廉价易得，生产成本低。2、本专利技术由硝酸铈煅烧所得的CeO2嵌入Fe3O4的晶格中，利用CeO2的储氧和释放氧离子的能力，通过协同Fe3O4，显著提高铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂活性，加速H2O2分解产生·OH，对罗丹明B的去除率为91.51～96.34％，对染料废水去除效率高；对染料降解具有高效、稳定和环境友好的效果。3、本专利技术所制得的铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的比表面积为436～512m2/g，表面含氧官能团丰富，对染料污染物的亲和性好，减少反应时间和催化剂用量，对染料废水去除效率高。因此，本专利技术生产成本低，所制备的铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂对染料废水的去除效率高。附图说明图1为本专利技术制备的一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的SEM图；图2为图1所示铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的能谱图；图3为图2所示铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的能谱图的扫描结果；图4为图1所示铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的XRD谱图图5为图1所示铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的FTIR谱图；图6为本专利技术的三个实施例各制备的一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂对罗丹明B的降解效率图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：所述氢氧化钾的KOH含量为85～90wt％。所述炭基材料的粒度≤0.15mm。所述微波的功率为200～600W。所述混合铁盐为氯化铁和氯化亚铁的混合物、氯化铁和硫酸亚铁的混合物、硫酸铁和氯化亚铁的混合物、硫酸铁和硫酸亚铁的混合物中的一种；所述混合铁盐中的Fe2+∶Fe3+的物质的量比为3∶4。所述的NaOH溶液的浓度为0.2mol/L。实施例1一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法。本实施例所述制备方法是：步骤一、按氢氧化钾∶炭基材料的质量比为2～3∶1，将所述氢氧化钾和所述炭基材料混合，在氮气气氛和600～650℃条件下微波活化5～10min，冷却至60～90℃；再以1～3L/min的流量通入水蒸气，通入水蒸气的时间为10～15min；然后用浓度为0.1mol/L的盐酸洗涤至中性，烘干，即得改性炭基材料Ⅰ。步骤二、将所述改性炭基材料Ⅰ浸于硝酸铈溶液中，磁力搅拌1～4h；再于40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，即得改性炭基材料Ⅱ。步骤三、将所述改性炭基材料Ⅱ加入到镍坩埚中，再置于管式炉中，在氮气气氛和300～400℃条件下煅烧1～2h，即得改性炭基材料Ⅲ。步骤四、按所述改性炭基材料Ⅲ∶混合铁盐∶去离子水的质量比为1∶1.8～2.6∶50～70，向所述改性炭基材料Ⅲ中加入所述混合铁盐和去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、按氢氧化钾∶炭基材料的质量比为2～4∶1，将所述氢氧化钾和所述炭基材料混合，在氮气气氛和600～750℃条件下微波活化5～10min，冷却至60～90℃；再以1～3L/min的流量通入水蒸气，通入水蒸气的时间为10～15min；然后用浓度为0.1mol/L的盐酸洗涤至中性，烘干，即得改性炭基材料Ⅰ；步骤二、将所述改性炭基材料Ⅰ浸于硝酸铈溶液中，磁力搅拌1～4h；再于40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，即得改性炭基材料Ⅱ；步骤三、将所述改性炭基材料Ⅱ加入到镍坩埚中，再置于管式炉中，在氮气气氛和300～500℃条件下煅烧1～3h，即得改性炭基材料Ⅲ；步骤四、按所述改性炭基材料Ⅲ∶混合铁盐∶去离子水的质量比为1∶1.8～4.1∶50～100，向所述改性炭基材料Ⅲ中加入所述混合铁盐和去离子水，再加入NaOH溶液至pH值为10～11，然后在氮气气氛和60～80℃的条件下反应0.5～1.5h，得到黑色悬浮液；步骤五、将所述黑色悬浮液静置5～10min，取下层沉淀物；再用去离子水和无水乙醇交替洗涤至中性，在40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，制得铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、按氢氧化钾∶炭基材料的质量比为2～4∶1，将所述氢氧化钾和所述炭基材料混合，在氮气气氛和600～750℃条件下微波活化5～10min，冷却至60～90℃；再以1～3L/min的流量通入水蒸气，通入水蒸气的时间为10～15min；然后用浓度为0.1mol/L的盐酸洗涤至中性，烘干，即得改性炭基材料Ⅰ；步骤二、将所述改性炭基材料Ⅰ浸于硝酸铈溶液中，磁力搅拌1～4h；再于40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，即得改性炭基材料Ⅱ；步骤三、将所述改性炭基材料Ⅱ加入到镍坩埚中，再置于管式炉中，在氮气气氛和300～500℃条件下煅烧1～3h，即得改性炭基材料Ⅲ；步骤四、按所述改性炭基材料Ⅲ∶混合铁盐∶去离子水的质量比为1∶1.8～4.1∶50～100，向所述改性炭基材料Ⅲ中加入所述混合铁盐和去离子水，再加入NaOH溶液至pH值为10～11，然后在氮气气氛和60～80℃的条件下反应0.5～1.5h，得到黑色悬浮液；步骤五、将所述黑色悬浮液静置5～10min，取下层沉淀物；再用去离子水和无水乙醇交替洗涤至中性，在40～60℃和0.05～0.08MPa条件下干燥2～4h，制得铈改性炭基负载Fe3O4仿酶催化剂。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文兵，邓萌，王光华，张政，陈铁，黄慧，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42