高耐久的铁酸钴材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了高耐久的铁酸钴材料及其应用。铁酸钴材料使用化学共沉淀法制备得到。通过使用特定的钴盐和铁盐，控制制备条件，得到了高活性、高耐久的铁酸钴材料。本发明专利技术一些实例的铁酸钴材料具有很好的催化活性，可以很好地催化过硫酸盐降解有机污染物，特别适合印染废水的处理；铁酸钴材料具有很好的耐久性，多次重复使用后活性没有明显的下降，质量也没有明显的损失，大大降低了使用成本。

【技术实现步骤摘要】
高耐久的铁酸钴材料及其应用
本专利技术涉及一种具有Fenton氧化催化活性的铁酸钴材料及其应用。
技术介绍
随着工业的发展与壮大，水环境污染问题对人类的健康构成了巨大的威胁，严重影响社会的可持续发展和经济的绿色增长。印染废水是由退浆废水、漂白废水、染色废水和印花废水等构成的水量大、pH值变化大、色度深、组分复杂的难降解有机废水。随着国家对水环境污染问题的重视，提出了一系列整改措施以整顿可能会造成环境污染问题的工业企业，并加大了环境保护在技术、人力和财力方面的投入。印染废水作为排放量大、难脱色降解且易对水环境造成严重污染的工业废水，采用何种合适的处理方法以去除其中的难降解有机污染物是环保工作者一直以来的重点研究方向。印染废水的常规处理方法主要有物理法、化学法和生物法，如混凝、吸附和活性污泥法等，其在实际应用上要对经济的可行性以及工艺的可靠性进行考量，往往采用多工艺组合以取得良好的处理效果。以上常规处理方法的主要不足在于：一是处理工艺成本较高，如膜处理法等；二是处理效果不理想，如吸附法等；三是操作复杂，如好氧-厌氧法；四是处理周期长，如厌氧生物法。因此，经济、高效而且简单的印染废水处理方法的寻求就显得非常重要。近年来，以羟基自由基(·OH)为代表的高级氧化技术在国内外受到了广泛的关注与研究。该技术能高效地将难降解有机污染物催化氧化为二氧化碳、水和无机盐等，从而实现污染物无毒害化的目的。羟基自由基(·OH)和硫酸盐自由基(SO4-·)具有较强的氧化能力，以此高级氧化技术来降解难降解有机污染物的方法越来越受到人们的重视。其中羟基自由基(·OH)的标准电极为2.80(V)，由此可知·OH是一种具有较高氧化电极电位的基团，同时它也具有较高的亲电性和电负性，羟基自由基在降解废水时的一些优点为：⑴·OH是高级氧化过程的中间产物，可引发后续链式反应，特别适用于对难降解有机污染物进行处理。(2)·OH能与废水中的任何污染物质发生反应，将其氧化成二氧化碳、水或无机盐而不产生新的污染；⑶·OH氧化是一种物理、化学反应过程，可以较好地控制，还可以降解处理10-9级的污染物；⑷·OH反应条件温和。·OH主要是来源于Fenton、类Fenton的反应过程中，其原理是利用H2O2在Fe2+作用下分解产生·OH，将有机物氧化降解为小分子物质，但Fenton试剂法存在很大的缺陷，它会对pH的适用范围较窄，一般要求pH值在3-4左右，通常废水的pH值都超过3，所以处理过程中需要加酸调节，增加处理成本，因此为了达到处理效果往往需要投加大量的H2O2和Fe2+，导致反应过程中产生了大量的铁泥，Fe3+转化为Fe2+的效率不高，限制了Fenton反应的循环，H2O2的利用率低，并且有机物不能被完全降解等。为此，在此基础上又开展了其他的芬顿试剂法，比如电芬顿法，相比较于传统的Fenton法，电Fenton法提高了有机污染物的矿化度，避免了H2O2消耗量大而增加成本的缺点。但是电Fenton也存在一些局限性，比如电流的密度低，应用pH范围小，阴极材料的催化范围有限。除此之外还有其他的一些改性方法用来降解有机污染物，从而避免传统Fenton法的局限性，如超声辅助，UV/Fenton法等等，但是这些改性只是针对于特定条件或特定的处理目标。为了寻找一种更有效的处理方法，科学家们在Fenton试剂法的基础上，开始了对具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·)开展了广泛的研究。过硫酸盐是一种实验室中常见的氧化剂，其主要为一硫酸盐和二硫酸盐两种形式。过硫酸盐是一种微毒性、价格便宜、简易操作、且具有单电子氧化等优点，它的性质比较稳定，但通过光照、加热或过渡金属还原，很容易分解成氧化性较强的SO4-·。硫酸根自由基(SO4-·)的标准氧化电位为E0＝2.5-3.1V，氧化性强于其他氧化剂而且使用寿命长，可以有效地克服Fenton法处理过程的缺陷，对于有机污染物的降解去除效率极高。目前，国内有关以SO4-·为强氧化剂降解处理印染废水的报道较少，有人提出，负载于活性炭上的Fe可以有效激活过硫酸盐(PS)产生大量SO4-·，在相同条件下，有机污染物的降解效率比·OH高近7倍，反应溶液中铁离子的浸出量可忽略不计，仅为0.5ppm左右。有关文献报道，催化剂中Co的含量越高，高级氧化体系对RhB废水的降解效率越好，但是，溶液中Co2+的浸出会对环境安全造成潜在的影响，威胁人类健康。虽然活化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4-·)是一种近年来非常受欢迎的高级氧化技术，但其本身还是存在一些不足之处，在实际应用中存在一些问题，主要有：(1)过硫酸盐本身具有强氧化性、反应快、易操作等优点，但是也存在反应条件限制，使用量大，成本高等缺点，因而在实际工程中该方法不能得到广泛应用。(2)对于某些特定的污染物，过硫酸盐不能有效的被彻底去除且降解路径也有较大的差异。过硫酸盐的降解效果与污染物质的结构组成有关，因此为达到理想的去除效果，选择合适的活化方法降解有机污染物成为许多学者研究的热点。综上所述，如何实质性地解决上述问题，将会成为未来研究过硫酸盐的方向，同时也为使用过硫酸盐高级氧化技术降解印染废水开辟了一条新的研究道路。CoFe2O4是一种复合金属氧化物，简称CFO，它是一种具有立方晶系的尖晶石结构的磁性氧化体，同时具有磁性。近年来，由于纳米磁性催化剂具有良好的磁性和催化性能，可以通过强力磁铁实现催化剂与混合液的分离，因此磁性催化剂在催化领域得到了广泛的研究。有研究者在Co3O4中加入铁基的磁性催化剂，这样Co3O4不但具有良好的催化特性，还具有易于分离的特性。张晶等人采用共沉淀法制备CoFe2O4，研究发现随着温度的升高CoFe2O4的晶体结构逐渐得到改善，粒径也逐渐增大，而且随着粒径的增大，CoFe2O4的饱和磁化强度也会增大，而且在800℃煅烧时CoFe2O4具有宽的磁滞回线，表现的磁性最强。刘梅等人采用热分解法制备CoFe2O4纳米微粒，使用1，2-十六二醇(HDD)作为表面活性剂，探究了表面活性剂对CoFe2O4结构、表面形态和磁性的影响，研究结果表明若制备的CoFe2O4不加入HDD，催化剂的形态呈立方体状，极少量呈多面体或球状、颗粒还会出现团聚现象，晶体的尺寸、矫顽力和饱和磁化强度都很大，若加入HDD能够使晶体的尺寸减少，HDD加入的越多，晶体颗粒的分散性越好，因此HDD的加入能够有效地控制CoFe2O4的尺寸和形状。虽然CoFe2O4磁性催化剂已有少量的研究，但是其制备条件复杂，温度要求较高，耗能大而限制了其进一步发展。为了提高其催化活性，普遍的做法是将其负载到其他材料上，如石墨烯上。铁酸钴材料一般采用共沉淀法制备得到，这种方法操作想到简单，但也存在一定的不足，为了提高铁酸钴材料的催化性能，需要尽可能将地提高其表面积，即减少其颗粒大小。然而颗粒过小，一方面是难以回收，二是材料的可重复使用性会显著降低。如何得到催化活性高，同时耐久性好的铁酸钴材料，是一种具有挑战性的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种耐久本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁酸钴材料，其制备方法包括：/n1)将钴盐和铁盐分别溶解于水中，然后混合，得到混合液；/n2)将混合液升温至75～85℃，搅拌条件下加入强碱溶液生成絮凝体，搅拌至沉淀完全；/n3)分离沉淀，清洗后干燥，研磨后580～620℃下煅烧，冷却得到铁酸钴材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁酸钴材料，其制备方法包括：
1)将钴盐和铁盐分别溶解于水中，然后混合，得到混合液；
2)将混合液升温至75～85℃，搅拌条件下加入强碱溶液生成絮凝体，搅拌至沉淀完全；
3)分离沉淀，清洗后干燥，研磨后580～620℃下煅烧，冷却得到铁酸钴材料。


2.根据权利要求1所述的铁酸钴材料，其特征在于：所述钴盐为CoCl2。


3.根据权利要求1所述的铁酸钴材料，其特征在于：所述铁盐为FeCl3。


4.根据权利要求1～3任一项所述的铁酸钴材料，其特征在于：加入强碱溶液至混合液的pH为12左右时停止加入。


5.根据权利要求2所述的铁酸钴材料，其特征在于：所述混合液中，钴盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷旭东，王春春，李德豪，王儒珍，刘志森，刘正辉，朱越平，钟华文，毛玉凤，谢文玉，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44