一种原位合成FeOOH/Fe制造技术

本发明专利技术公开一种原位合成FeOOH/Fe

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法及其应用
本专利技术属于磁性复合材料制备
，具体涉及一种原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法及其应用。
技术介绍
刚果红(Congored，简称CR)是纺织印染工业中最常用的联苯胺类直接偶氮染料之一，在工业生产和人们日常生活中有着广泛的应用。偶氮染料是现知人工合成染料中量最大、最常见的染料，通常具有难降解、色度大、高毒性的特点，对人体还有潜在的致癌效应。目前，对于含有偶氮染料的废水，采用的传统降解技术包括吸附、凝固、反向渗透、电化学或臭氧氧化法、生物法等，然而此类方法有着明显的缺陷，有些虽然可以使染料的颜色褪去，但却无法满足COD降低的标准或彻底降解染料分子；有些只是改变了化合物的官能团结构或裂解为低分子量的分子，最终生成致癌性、毒性更大的化合物；有些则由于投资和能耗过大等原因而无法应用于实践。Fenton氧化法是一种高级氧化技术，1984年Fenton发现在酸性条件下H2O2对酒石酸的氧化过程中，Fe2+对该反应起极大的促进作用，后人将H2O2和Fe2+构成的试剂命名为芬顿试剂。1964年，H.R.Eisenhouser首次使用芬顿试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了芬顿试剂在废水处理领域的先河。之后，均相芬顿法逐渐应用于难降解有机污染物的废水处理领域。其反应机理主要是在酸性条件下，Fe2+与H2O2发生反应生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，破坏有机污染物的结构，将它们降解成小分子或者矿化成CO2和H2O，从而使有机污染物被去除。芬顿反应可分为两类。一种是采用可溶性Fe(Ⅱ)作为催化剂的标准芬顿反应，而另一种是称为类Fenton过程，包括采用利用Fe(Ⅲ)，例如FeOOH和铁螯合物。目前，单一的铁氧化物固体催化剂在利用过程中容易出现化学性质不稳定、分散性不好和比表面积小等缺点，为了使催化剂的活性得到提升，人们常常将铁氧化物与其他材料复合形成负载型非均相Fenton催化剂。纤维素是地球上最古老和最丰富的有机物，主要在植物中通过光合作用形成，存在于植物的细胞壁中。纤维素具有可完全生物降解、无毒、无污染、易于改性、生物相容性好、可再生等优势，被认为是未来世界能源、化工的主要原料。每年可以在自然界中获取质量约亿万吨的纤维素，是取之不尽、用之不竭的可再生资源，这就为化工工业提供了纤维素的来源基础。纤维素及其衍生物的应用领域十分广泛，主要应用在纺织、轻工、化工、国防、石油、医药、能源、生物技术和环境保护等方面。Qin等通过化学共沉淀法将Fe3O4负载在羧甲基纤维素纳米球的表面上，减小了Fe3O4纳米颗粒的团聚和粒径，加快了在海军蓝非均相Fenton体系的降解，反应5min可高达98.0％的降解率。张世龙等将FeOOH负载在蒙脱土的表面，使得催化剂的比表面积和活性增大，在可见光辅助下能够加快染料罗丹明B在非均相Fenton反应中的降解，且pH应用范围宽。孙英平等以活性艳红MX-5B为模拟废水，将FeOOH作为催化剂与H2O2进行非均相Fenton反应，在最佳条件下，活性艳红MX-5B的降解率为91％，TOC去除率为32.19％，表明了活性艳红MX-5B的降解产物为小分子的有机物和CO2和H2O。然而，目前用于对刚果红进行催化降解的复合材料，降解效果不佳，难以回收且容易造成二次污染。因此，有必要探索一种能够对刚果红进行高效降解的复合材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法及其应用，本专利技术将机械活化协同FeCl3预处理后的纤维素溶解于NaOH/尿素溶液中，以纤维素溶液为沉淀剂和模板剂，采用共沉淀法原位合成Fe3O4/纤维素复合物，然后进一步在Fe3O4/纤维素复合物表面生成针状FeOOH，得到FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料，用于催化降解刚果红(CR)，具有很好的催化降解效果，且重复使用性能和稳定性好。本专利技术的技术方案如下：一种原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法，所述方法为：将机械活化协同FeCl3预处理后的纤维素溶解在NaOH/尿素溶液中，以纤维素溶液为沉淀剂和模板剂，采用共沉淀法原位合成Fe3O4/纤维素复合物，然后进一步在Fe3O4/纤维素复合物表面生成针状FeOOH，得到FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料。作为技术方案的优选，所述方法具体包括以下步骤：(1)纤维素的预处理：将纤维素和FeCl3混合均匀后加入到球磨罐中进行球磨反应，控制温度为30-60℃，时间为1-2h，然后通过筛分得到机械活化+FeCl3预处理后的纤维素；(2)纤维素的溶解：将预处理后的纤维素溶解于NaOH/尿素溶液中，得到纤维素溶液；(3)Fe3O4/纤维素复合物的制备：按照Fe3+和Fe2+的摩尔比为1.8-2:1配制铁盐溶液Ⅰ，然后将纤维素溶液加入到铁盐溶液Ⅰ中，先在30-35℃预反应30-40min，然后升温至80-85℃反应2-3h，磁分离黑色沉淀，然后洗涤至中性，再冷冻干燥，得到Fe3O4/纤维素复合物；(4)FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的制备：按照Fe3+和Fe2+的摩尔比为5:0.5-1配制铁盐溶液Ⅱ，然后加入Fe3O4/纤维素复合物进行水热反应，反应温度150-180℃，反应时间2-3h，反应完毕冷却至室温，将沉淀物磁分离后洗涤至中性，然后干燥，得到FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料。作为技术方案的优选，步骤(1)中，纤维素和FeCl3的质量比为40-50:1。作为技术方案的优选，步骤(2)中，将预处理后的纤维素按照质量比为1:8-10加入NaOH/尿素溶液中混合均匀，再置于-10～-15℃冷冻10-15h后立即解冻，得到混合物，先将混合物以500-800rpm的转速搅拌5-10min，再在8000-10000rpm下离心10-12min，取上清液得到纤维素溶液；所述NaOH/尿素溶液中NaOH与尿素的质量比为5-8:12。作为技术方案的优选，步骤(3)中，纤维素溶液的加入量以纤维素溶液加入到铁盐溶液Ⅰ中不再生成沉淀为准。作为技术方案的优选，步骤(4)中，Fe3O4/纤维素和生成的FeOOH的质量比为1-2:1。作为技术方案的优选，所述FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的平均孔径为5.85nm，比表面积为100-110m2·g–1，饱和磁化强度为9-10emu·g-1。一种如上所述的方法得到的FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的应用，所述FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料用于催化降解刚果红。作为技术方案的优选，所述FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料对刚果红的去除率为80％以上。本专利技术的原理：本专利技术通过FeCl3协同机械活化对纤维素进行预处理，FeCl3中的Fe3+与纤维素的羟基形成稳定的络合物，打断纤维素的氢键，使纤维素快速实现溶解并均匀分散在溶剂中。以溶解得到的透明纤维素溶液为沉淀剂和模板剂，加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位合成FeOOH/Fe

【技术特征摘要】
1.一种原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法，其特征在于，所述方法为：将机械活化协同FeCl3预处理后的纤维素溶解在NaOH/尿素溶液中，以纤维素溶液为沉淀剂和模板剂，采用共沉淀法原位合成Fe3O4/纤维素复合物，然后进一步在Fe3O4/纤维素复合物表面生成针状FeOOH，得到FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料。


2.根据权利要求1所述的原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)纤维素的预处理：将纤维素和FeCl3混合均匀后加入到球磨罐中进行球磨反应，控制温度为30-60℃，时间为1-2h，然后通过筛分得到机械活化+FeCl3预处理后的纤维素；
(2)纤维素的溶解：将预处理后的纤维素溶解于NaOH/尿素溶液中，得到纤维素溶液；
(3)Fe3O4/纤维素复合物的制备：按照Fe3+和Fe2+的摩尔比为1.8-2:1配制铁盐溶液Ⅰ，然后将纤维素溶液加入到铁盐溶液Ⅰ中，先在30-35℃预反应30-40min，然后升温至80-85℃反应2-3h，磁分离黑色沉淀，然后洗涤至中性，再冷冻干燥，得到Fe3O4/纤维素复合物；
(4)FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的制备：按照Fe3+和Fe2+的摩尔比为5:0.5-1配制铁盐溶液Ⅱ，然后加入Fe3O4/纤维素复合物进行水热反应，反应温度150-180℃，反应时间2-3h，反应完毕冷却至室温，将沉淀物磁分离后洗涤至中性，然后干燥，得到FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料。


3.根据权利要求2所述的原位合成FeOOH/Fe3O4/纤维素复合材料的方法，其特征在于，步骤(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕娟，屠儒，黄祖强，胡华宇，梁景，陈丛瑾，覃宇奔，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45