一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，包括：以轧钢酸洗废液为原料，抽滤后加入铁粉消耗游离酸，得到预处理后的轧钢酸洗废液；向预处理后轧钢酸洗废液中加入氧化剂，调节Fe

【技术实现步骤摘要】
一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法与应用


[0001]本专利技术属于资源节约与环境治理
，涉及一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，以及该催化材料在含有四环素等有机污染物废水中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，我国生态文明建设不断推进，工业节能和绿色发展理念深入人心。随着环境保护相关政策、法规的不断推行，国家对重工业尤其是钢铁工业废水排放监控愈发严格，也促进了轧钢酸洗废液的无害化处理工艺的不断发展。轧钢酸洗废液是钢铁元件轧制加工过程中产生的废酸液，是一种难处理且具有强腐蚀性的危险工业废水，其中含有大量铁离子和少量锌、钙、镁、锰等其他金属离子，是宝贵的二次资源。目前，中和沉淀等传统的处理方式可实现酸洗废液的无害化处理，但会产生大量的含铁污泥，不仅存在二次污染的风险，也会造成铁资源的浪费。酸洗污泥处理后虽可作为烧结或球团配料再次返回钢铁冶炼过程，在资源循环方面具有一定意义，但对铁元素等有价物的高值化利用水平仍有待提高。
[0003]有机废水的问题一直是人类推进工业化进程的重大阻碍，为了缓解水体有机污染的现象，各类水处理材料的研发一直是科学界研究的热点。当前，纳米Fe3O4作为磁性水处理材料具有广阔的应用前景，其表面富含众多活性位点，对染料、抗生素及其他有机污染物都具有较高的催化潜力，饱和磁化强度高的特点使其易于分离和回收，省去絮凝沉淀等工艺流程，节约废水处理成本。
[0004]纳米Fe3O4是一种新兴的磁性材料，因其独特的结构特点和优异的磁性能被广泛应用于水处理中，在去除重金属及有机物方面表现出优异的吸附或催化效果。但由于传统的纳米Fe3O4制备方式依赖于使用FeCl2、FeSO4等铁盐纯试剂，生产及使用成本较高，严重限制其在工业中的大规模应用。若将轧钢酸洗废液中的大量铁元素加以利用，作为生产纳米Fe3O4的原材料，既可实现纳米Fe3O4材料的绿色、低成本制备，又可在酸洗废液无害化处理的基础上，探索出一条高值资源化利用的道路。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是提供一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法及应用，主要目的有三点：(1)为轧钢酸洗废液的无害化处理提供一种新思路；(2)采用化学共沉淀法实现了轧钢酸洗废液中游离酸和铁离子等有价物的回收利用，降低了Fe3O4催化材料的制备成本；(3)所制备的Fe3O4材料应用于有机废水的治理过程中，扩展其实际应用价值。
[0007]本专利技术是一种以轧钢酸洗废液为原料的化学转化工艺，其理论依据是在无保护气体的条件下，使一定摩尔比例的Fe
3+
与Fe
2+
在碱性沉淀剂的作用下发生共沉淀反应，脱水结晶生成纳米级的Fe3O4，主要反应方程式如下：
[0008][0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0011](1)以轧钢酸洗废液为原料，抽滤去除其中的固体悬浮物；
[0012](2)在步骤(1)得到的酸洗废液中加入铁粉消耗游离酸，震荡反应后，磁分离去除残余铁粉，得到预处理后的轧钢酸洗废液；
[0013](3)在步骤(2)得到的预处理后轧钢酸洗废液中加入氧化剂，调节Fe
3+
与Fe
2+
的摩尔比，得到黄绿色溶液；
[0014](4)将步骤(3)得到的黄绿色溶液在加热条件下加入沉淀剂至pH值为7～13，使Fe
3+
与Fe
2+
发生共沉淀反应生成Fe3O4纳米粒子，得到混合液体；
[0015](5)将步骤(4)所述混合液体置于一定温度的搅拌器内搅拌反应，使Fe3O4晶体发育完全，搅拌后得到黑色糊状物；
[0016](6)待步骤(5)得到的黑色糊状物进行磁分离，所得沉淀依次进行洗涤、干燥和研磨，得到黑色纳米Fe3O4粉末。
[0017]优选地，步骤(2)中，震荡反应的时间为3
‑
10h，预处理后的轧钢酸洗废液的pH为2.4～2.6。
[0018]优选地，步骤(3)中，所述氧化剂为H2O2，在一定温度下，酸洗废液的氧化还原电位值与不同铁离子的摩尔比呈线性关系，通过调控酸洗废液的氧化还原电位在471
‑
491mV之间，使n(Fe
3+
):n(Fe
2+
)为(1～1.8):1。
[0019][0020]根据上述反应方程式，共沉淀反应Fe
3+
与Fe
2+
离子摩尔比为2:1，在无保护气体条件下二价铁易氧化，因此将n(Fe
3+
):n(Fe
2+
)限定为(1～1.8):1。
[0021]优选地，步骤(4)中，将步骤(3)得到的黄绿色溶液加热至45～55℃，快速加入沉淀剂至pH值为5后，Fe
2+
开始沉淀，改为逐滴加入降低共沉淀反应速度，使Fe
3+
与Fe
2+
缓慢反应生成粒径均匀的纳米级Fe3O4，pH值达到7
‑
13后停止加入沉淀剂，优选所述沉淀剂为2mol/L的NaOH溶液。
[0022]优选地，步骤(5)中，搅拌器内转速为500
‑
1000r/min，所述反应温度为50
‑
90℃，反应时间为15
‑
120min。加热搅拌的作用是使Fe
3+
与Fe
2+
与碱源充分反应，Fe3O4晶体发育更加完善。
[0023]优选地，步骤(2)和(6)中，磁分离采用永磁体隔着容器进行吸附，之后将水倒出即可实现分离。
[0024]本专利技术还提供了所述制备方法得到的纳米级Fe3O4催化材料。
[0025]本专利技术还提供了所述纳米级Fe3O4催化材料在有机废水处理中的应用，特别是将其作为过硫酸盐活化剂应用于四环素废水的处理过程中。该催化材料具有较好的吸附和催化能力，且具有良好的稳定性和安全性，适宜工业化推广和应用。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提供了一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，首先进行
轧钢酸洗废液预处理，加入铁粉消耗游离酸的同时提升其中铁含量，并在无保护气体参与的条件下加入氧化剂与沉淀剂制备纳米级Fe3O4。具体地：
[0028](1)实现了酸洗废液的无害化处理，处理后废液中各金属离子处于国标GB 13456
‑
2012《钢铁工业水污染物排放标准》中所规定范围之内，且工艺简单易操作，无二次污染产生。
[0029](2)以酸洗废液为原料，将其中游离酸和铁离子等有价物的回收利用，实现纳米Fe3O4材料的绿色、低成本制备，且晶化过程中完全避免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)以轧钢酸洗废液为原料，抽滤去除其中的固体悬浮物；(2)在步骤(1)得到的酸洗废液中加入铁粉消耗游离酸，震荡反应后，磁分离去除残余铁粉，得到预处理后的轧钢酸洗废液；(3)在步骤(2)得到的预处理后轧钢酸洗废液中加入氧化剂，调节Fe
3+
与Fe
2+
的摩尔比，得到黄绿色溶液；(4)将步骤(3)得到的黄绿色溶液在加热条件下加入沉淀剂至pH值为7～13，使Fe
3+
与Fe
2+
发生共沉淀反应生成Fe3O4纳米粒子，得到混合液体；(5)将步骤(4)所述混合液体置于一定温度的搅拌器内搅拌反应，使Fe3O4晶体发育完全，搅拌后得到黑色糊状物；(6)待步骤(5)得到的黑色糊状物进行磁分离，所得沉淀依次进行洗涤、干燥和研磨，得到黑色纳米Fe3O4粉末。2.根据权利要求1所述的基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，其特征在于，步骤(2)中，震荡反应的时间为3
‑
10h，预处理后的轧钢酸洗废液的pH为2.4～2.6。3.根据权利要求1所述的基于轧钢酸洗废液的纳米级Fe3O4催化材料制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氧化剂为H2O2，n(Fe
3+<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素芹，周雅倩，郭鹏辉，赵鑫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：