一种无定形非均相芬顿催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种无定形非均相芬顿催化剂及其制备方法与应用，属于水处理技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：以铁盐、铜盐或锌盐的一种、钨酸钠或钼酸钠的一种和钴盐为原料，通过简单的共沉淀方法一步合成无定形非均相芬顿催化剂。本发明专利技术还具体公开了该无定形非均相芬顿催化剂的制备方法及其对水溶液中罗丹明B、刚果红、甲基橙和/或亚甲基蓝的去除。本发明专利技术的原料价格便宜，成本低廉，制备过程条件温和，操作简单，不使用有机溶剂，绿色环保，易大规模生产，具有实际应用的潜力。所制备的催化剂很容易通过共沉淀的方式与氧化铝小球、陶粒或活性炭结合，便于回收循环再利用。便于回收循环再利用。便于回收循环再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种无定形非均相芬顿催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种无定形非均相芬顿催化剂的制备及水处理应用，属于水处理


技术介绍

[0002]工业废水中的难降解有机污染物，是限制其达标排放的主要因素。目前多采用生化处理的方法对工业废水进行处理，但该方法对难降解有机污染物的处理效率不高，很难达到工业废水的排放标准。因此，开发高效、低能耗的新型废/污水深度处理技术对废水进行深度处理、降低废水的COD值、确保废水的达标排放是非常必要的。
[0003]近年来，以产生强氧化性自由基为主体的高级氧化法由于具有分解有机污染物的能力强、处理周期短、应用前景广阔等优点而备受关注。芬顿技术是一种极具代表性的高级氧化技术，该技术的主要原理是溶液中的Fe
2+
在强酸性条件下，还原H2O2产生
·
OH，
·
OH可以无选择的氧化降解有机污染物，降低水中的化学需氧量以达到水质净化目的。然而，经典的均相芬顿技术对pH的响应范围窄，目前仅适用于处理酸性废水(pH＝2～4)，反应过程需要消耗大量的H2O2，反应后还会产生大量的含铁污泥，增加处理成本。原则上，上述这些缺点都来自芬顿反应中的一个关键步骤：H2O2将Fe
3+
缓慢的转化为其活性形式Fe
2+
。这一缓慢步骤不仅造成了H2O2的无效分解，限制了活性氧的产率而且导致溶液中Fe
3+
的大量累积。因此如何促进Fe
3+
向Fe
2+
的快速高效转化，对于进一步提高芬顿反应体系中
·
OH的产率变得尤为重要。
[0004]为了克服上述缺陷，人们开发了非均相芬顿催化剂，例如零价铁、铁氧化物等。非均相芬顿催化剂既可以实现催化剂的重复利用，减少甚至避免了含铁污泥的产生，又能有效拓宽pH的响应范围，这对其实际应用是非常有利的。因此设计催化活性高、稳定性好的非均相芬顿催化剂引起了科研人员的广泛关注。
[0005]所检索到与本专利技术相关的现有技术如下：
[0006]专利CN 111632601 B提供了一种La
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Cu
‑
Al钙钛矿类芬顿催化剂的制备方法，并将该类芬顿催化剂用于双酚A、苯酚、布洛芬、环丙沙星等有机污染物的去除，但是该催化剂制备过程复杂且需要在800℃下煅烧8h。
[0007]专利CN 112808285 A以羟基磷灰石为载体制备铜基类芬顿催化剂并将其用于2,4
‑
二氯酚的去除，然而该催化剂的制备需要加入粘结剂(梭甲基纤维素钠)且需要在真空管式炉中焙烧。
[0008]专利CN 109317162 B提供了一种非均相类芬顿催化剂MnFe2O4/SiO2的制备方法，并将该其用于罗丹明B的去除，然而该催化剂的制备过程需要使用大量的乙二醇作为溶剂。
[0009]本专利技术采用共沉淀法制备了无定形非均相芬顿催化剂(Fe/Cu/Zn
‑
CoWO4和/或Fe/Cu/Zn
‑
CoMoO4)，并将其用于水溶液中的罗丹明B、刚果红、甲基橙和/或亚甲基蓝的去除。与其它非均相芬顿催化剂的制备方法相比，该制备过程条件温和，操作简单，不使用有机溶剂，绿色环保，价格低廉，易大规模生产，具有实际应用的潜力。
[0010]到目前为止，我们所掌握的资料中还没有发现采用共沉淀法制备了无定形非均相芬顿催化剂(Fe/Cu/Zn
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CoWO4和/或Fe/Cu/Zn
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CoMoO4)以及用于去除罗丹明B、刚果红、甲基橙和/或亚甲基蓝的报道。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种无定形非均相芬顿催化剂及其制备方法与应用，采用简易的共沉淀法制备了无定形非均相芬顿催化剂，并将其用于去除罗丹明B、刚果红、甲基橙和/或亚甲基蓝。
[0012]本专利技术解决的关键技术问题是制备了一种无定形非均相芬顿催化剂(Fe/Cu/Zn
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CoWO4和/或Fe/Cu/Zn
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CoMoO4)，并用该催化剂构建非均相芬顿系统。该制备过程操作简单，不使用有机溶剂，绿色环保，价格低廉，易大规模生产。
[0013]本专利技术解决的另一个技术问题是该无定形非均相芬顿催化剂在含有罗丹明B、刚果红、甲基橙和亚甲基蓝水样中的应用。试验结果表明，该催化剂对四种污染物均具有较好的去除效果。
[0014]本专利技术的技术方案如下。
[0015]一种无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)将金属盐与钴盐溶于去离子水中，磁力搅拌后形成浓度为0.05～0.3mol/L的金属盐溶液；将钨酸钠或钼酸钠溶于去离子水中，磁力搅拌后形成浓度为0.05～0.6mol/L的钨酸钠或钼酸钠溶液；所述金属盐为铁盐、铜盐或锌盐中的一种；
[0017](2)将钨酸钠或钼酸钠溶液全部滴加到金属盐溶液中，并在60～90℃下搅拌2～4h，冷却至室温后，用去离子水洗涤数次，然后置于真空干燥箱中干燥。
[0018]上述方法中，步骤(1)中，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁中的一种；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的一种；所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌中的一种；所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴中的一种。
[0019]上述方法中，步骤(1)中，所述铁盐或铜盐或锌盐与钴盐的摩尔比为1:1～1:3；所述钴盐与钨酸钠或钼酸钠的摩尔比为1:1～1:2。
[0020]上述方法中，步骤(1)中，所述磁力搅拌的时间为10～30min；所述金属盐溶液中去离子水的体积为15～60mL；所述钨酸钠或钼酸钠溶液中去离子水的体积为15～60mL。
[0021]上述方法中，步骤(2)中，所述真空干燥箱的温度为40～60℃；所述干燥时间为5～12h。
[0022]本专利技术所述的一种无定形非均相芬顿催化剂(Fe/Cu/Zn
‑
CoWO4和/或Fe/Cu/Zn
‑
CoMoO4)在含有罗丹明B、刚果红、甲基橙和亚甲基蓝水样中的应用，在非均相芬顿体系中，H
202
与催化剂中的铁离子、锌离子、铜离子或钴离子发生反应生成羟基自由基，氧化降解罗丹明B、刚果红、甲基橙和亚甲基蓝。
[0023]上述应用中，所述非均相芬顿催化剂中，当金属盐(铁盐、铜盐或锌盐中的一种)与氯化钴的摩尔比为1:1～1:3，氯化钴与钨酸钠或钼酸钠的摩尔比为1:1～1:2时，在pH为3～4.5的条件下，添加不多于10mmol的H2O2，该非均相芬顿催化剂对50mL 10mg/L的罗丹明B的去除率为97％，且该体系没有铁泥的产生。
[0024]上述应用中，当金属盐与氯化钴的摩尔比为1:1～1:3，氯化钴与钨酸钠或钼酸钠
的摩尔比为1:1～1:2时，在pH为3～4.5的条件下，添加不多于10mmol的H2O2，该非均相芬顿催化剂对50mL 10mg/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将金属盐与钴盐溶于去离子水中，磁力搅拌后形成浓度为0.05～0.3mol/L的金属盐溶液；将钨酸钠或钼酸钠溶于去离子水中，磁力搅拌后形成浓度为0.05～0.6mol/L的钨酸钠或钼酸钠溶液；所述金属盐为铁盐、铜盐或锌盐中的一种；(2)将钨酸钠或钼酸钠溶液全部滴加到金属盐溶液中，并在60～90℃下搅拌2～4h，冷却至室温后，用去离子水洗涤数次，然后置于真空干燥箱中干燥。2.根据权利要求1所述无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁中的一种；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的一种；所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌中的一种；所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴中的一种。3.根据权利要求1所述无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁盐或铜盐或锌盐与钴盐的摩尔比为1:1～1:3；所述钴盐与钨酸钠或钼酸钠的摩尔比为1:1～1:2。4.根据权利要求1所述无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磁力搅拌的时间为10～30min；所述金属盐溶液中去离子水的体积为15～60mL；所述钨酸钠或钼酸钠溶液中去离子水的体积为15～60mL。5.根据权利要求1所述无定形非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述真空干燥箱的温度为40～60℃；所述干燥时间为5～12h。6.权利要求1所述无定形非均相芬顿催化剂的应用，其特征在于，在非均相芬顿体系中，H
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与催化剂中的铁离子、锌离子、铜离子或钴离子发生反应生成羟基自由基，...

【专利技术属性】
技术研发人员：时悦悦，胡勇有，李贤，肖纯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：