铁铜氧化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铁铜氧化物及其制备方法和应用，该铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。本发明专利技术铁铜氧化物具有比表面积大、催化位点多、催化效率高等优点，且具有较好的磁性，易于分离和再利用，同时还具有制备成本低、环保等优点，其制备方法具有原料来源广、生产成本低、制备过程简单、操作简便、能耗低、不产生有毒有害物质、环境友好等优点。本发明专利技术铁铜氧化物可作为类Fenton反应的催化剂，能够用于处理抗生素废水，具有操作简便、成本较低、处理效率高、处理效果好、投加的化学药剂量少、环保等优点，同时能够避免传统Fenton氧化方法会产生铁沉淀的缺点，有着很好的应用前景。

Iron-copper oxide and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
铁铜氧化物及其制备方法和应用
本专利技术属于环境治理领域，涉及一种铁铜氧化物及其制备方法和应用。
技术介绍
抗生素(antibiotics)是由微生物(包括细菌、真菌、放线菌属)或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。早在上世纪三十年代人们就发现磺胺类药物可有效治疗溶血性链球菌感染并被用作临床治疗药品。1939年科学家GerhardDomagk因为发现了百浪多息对链球菌的抑制作用而获得了当年诺贝尔医学奖。到1945年已合成的磺胺类药物就超过5400种，其中常见于临床的有磺胺醋酰、磺胺吡啶、磺胺噻唑和磺胺脒等20余种。由于磺胺类药物具有使用简便、化学性质稳定、抗菌谱广、价格低廉、毒性小、应用广等优点而在畜牧业被广泛用于预防和治疗食源性动物疾病，然而对磺胺类药物的滥用导致这些抗菌药物在食用动物产品中残留，进而对人类健康和生态环境产生危害。近年来有大量关于磺胺二甲基嘧啶污染的报告，磺胺二甲基嘧啶污染问题也越来越受到人们的重视。因此，对污染水体中磺胺二甲基嘧啶的处理已经成为现今人类面临的重要的环境课题。高级氧化法是一类被广泛研究和应用的化学氧化方法，其中Fenton氧化反应方法可以有效、迅速且彻底地去除污染废水中的有机污染物，将有机污染物降解为无机盐、水和二氧化碳等无害的物质，是一种环保、具有应用前景的处理有机污染物废水的方法。然而，为了防止金属离子沉淀，传统Fenton氧化方法过程中需要严格控制溶液的pH，此外，处理之后的水体中含有较高浓度的铁离子，需要进一步的处理才能进行排放，不仅操作复杂还增加了处理成本。类Fenton氧化方法，如利用铁(或者其他过渡性金属)的氧化物作为催化剂，能有效避免金属离子沉淀，降低了操作的复杂程度。但是，传统的金属氧化物类催化剂存在催化效率较低的缺点。因此，提供一种催化性能好、制备成本低、环保的金属氧化物类催化剂，对于高效、彻底的去除废水中的抗生素具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化性能好、制备成本低、环保的铁铜氧化物及其制备方法，还提供了一种铁铜氧化物在处理抗生素废水中的应用，具有处理效率高、处理效果好、操作简便、处理成本低、环保等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种铁铜氧化物，所述铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。上述的铁铜氧化物中，进一步改进的，所述铁氰化钾溶液的浓度为20mM～30mM；所述铜离子溶液为氯化铜溶液；所述氯化铜溶液的浓度为30mM～50mM。上述的铁铜氧化物中，进一步改进的，所述铁氰化钾溶液中的铁氰化钾与所述铜离子溶液中的铜离子的摩尔比为1∶2～3。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种铁铜氧化物的制备方法，所述铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。上述的制备方法中，进一步改进的，包括以下步骤：S1、将铁氰化钾溶液和铜离子溶液混合震荡反应2h～4h，得到铁铜氧化物前驱体；S2、将所述铁铜氧化物前驱体在500℃～600℃下热处理2h～3h，得到铁铜氧化物。上述的制备方法中，进一步改进的，所述铁氰化钾溶液的浓度为20mM～30mM；所述铜离子溶液为氯化铜溶液；所述氯化铜溶液的浓度为30mM～50mM。上述的制备方法中，进一步改进的，所述铁氰化钾溶液中的铁氰化钾与所述铜离子溶液中的铜离子的摩尔比为1∶2～3。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的铁铜氧化物或上述的制备方法制得的铁铜氧化物在处理抗生素废水中的应用。上述的应用中，进一步改进的，包括以下步骤：将铁铜氧化物、H2O2溶液和抗生素废水混合，在光照条件下进行类Fenton反应，完成对抗生素废水的处理；所述铁铜氧化物与所述抗生素废水的质量体积比为0.5g～1g∶1L；所述H2O2溶液与所述抗生素废水的体积比为0.01～0.012∶1。上述的应用中，进一步改进的，所述抗生素废水为磺胺二甲基嘧啶废水；所述磺胺二甲基嘧啶废水中磺胺二甲基嘧啶的浓度≤50mg/L；所述H2O2溶液的质量浓度为30％；所述类Fenton反应的时间为0.5h～1h；所述类Fenton反应中体系的初始pH值为4～10。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种铁铜氧化物，由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。本专利技术中，先将铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应制得金属有机框架化合物，以此金属有机框架化合物作为铁铜氧化物的前驱体经热处理后制备得到铁铜氧化物。相对于传统的金属氧化物催化剂，本专利技术的铁铜氧化物具有比表面积大、催化位点多、催化效率高等优点，且具有较好的磁性，易于分离和再利用，同时还具有制备成本低、环保等优点，可作为类Fenton反应的催化剂，能够用于处理抗生素废水(如磺胺二甲基嘧啶废水)，具有处理效率高、处理效果好等优点，且不会造成二次污染，有着很好的应用前景。(2)本专利技术还提供了一种铁铜氧化物的制备方法，具有原料来源广、生产成本低、制备过程简单、操作简便、能耗低、不产生有毒有害物质、环境友好等优点，适合大规模生产和应用。(3)本专利技术还提供了一种铁铜氧化物在处理抗生素废水中的应用，以铁铜氧化物为催化剂，与H2O2溶液和抗生素废水混合，在光照条件下进行类Fenton反应，即可实现高效、彻底的去除水体中的抗生素污染物。本专利技术方法中，以铁铜氧化物为催化剂，其中该铁铜氧化物中含有的铁、铜与H2O2进行类Fenton反应(反应方程式如式(1)-式(8)所示)，产生具有强氧化的羟基自由基(·OH)，该·OH能够降解自然界中包括抗生素在内的大部分有机污染物形成水和CO2等小分子无污染物质，从而实现对抗生素的彻底降解。本专利技术方法实现了在中性条件下对抗生素有效降解，具有操作简便、成本较低、处理效率高、处理效果好、投加的化学药剂量少、环保等优点，同时能够避免传统Fenton氧化方法会产生铁沉淀的缺点。≡Fe2++H2O2→≡Fe3++·OH+OH-(1)≡Fe3++H2O2→≡Fe2++·OOH+H+(2)≡Cu++H2O2→≡Cu2++·OH+OH-(3)≡Cu2++H2O2→≡Cu++·OOH+H+(4)≡Fe3++≡Cu+→≡Fe2++≡Cu2+(5)CuO+hv→CuO(e-+h+)(6)Fe3O4+hv→Fe3O4(e-+h+)(7)e-+H2O2→·OH+OH-(8)附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本专利技术实施例1中不同催化剂在不同反应条件下对废水中磺胺二甲基嘧啶的去除效果图。图2为本专利技术实施例1中铁铜氧化物前驱体(A)和铁铜氧化物(B)的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例1中铁铜氧化物前驱体(A)和铁铜氧化物(B)的透射电镜图。图4为本专利技术实施例1中铁铜氧化物前驱体和铁铜氧化物的红外光谱分析图。图5为本专利技术实施例1中铁铜氧化物前驱体、铁铜氧化物和类Fenton反应后的铁铜氧化物的磁性分析图。图6为本专利技术实施例2中不同pH条件下铁铜氧化物对废水中磺胺二甲基嘧啶的去除效果图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁铜氧化物，其特征在于，所述铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。

【技术特征摘要】
1.一种铁铜氧化物，其特征在于，所述铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。2.根据权利要求1所述的铁铜氧化物，其特征在于，所述铁氰化钾溶液的浓度为20mM～30mM；所述铜离子溶液为氯化铜溶液；所述氯化铜溶液的浓度为30mM～50mM。3.根据权利要求1或2所述的铁铜氧化物，其特征在于，所述铁氰化钾溶液中的铁氰化钾与所述铜离子溶液中的铜离子的摩尔比为1∶2～3。4.一种铁铜氧化物的制备方法，其特征在于，所述铁铜氧化物由铁氰化钾溶液和铜离子溶液反应后经热处理制得。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铁氰化钾溶液和铜离子溶液混合震荡反应2h～4h，得到铁铜氧化物前驱体；S2、将所述铁铜氧化物前驱体在500℃～600℃下热处理2h～3h，得到铁铜氧化物。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述铁氰化钾溶液的浓度为20mM～30mM；所述铜离子溶液为氯化铜溶液；所述氯化铜溶液的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾光明，程敏，黄丹莲，赖萃，刘洋，张辰，胡亮，周成赟，熊炜平，易欢，文晓凤，叶淑静，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43