【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理，具体涉及一种镍掺杂羟基氧化铁催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、近几十年来，水污染一直是世界上一个紧迫而不可忽视的问题。高级氧化法降解速度快、氧化效率高、对环境中各种污染物的降解效果好，具有广阔的应用前景。近年来，基于硫酸根(so4·-)的高级氧化法因其对有机化合物的有效降解而受到越来越多的关注。过硫酸盐可以被激活产生硫酸根自由基(so4·-)。以硫酸根自由基(so4·-)为主导的高级氧化技术因so4·-的强氧化性被广泛研究。
2、因此，如何活化过硫酸盐产生so4·-是目前研究关注的热点问题，针对过硫酸盐的各种活化策略也已得到了广泛的探索。已知的过硫酸盐活化方法包括紫外线活化、热活化、碱性活化和过渡金属离子活化、过渡金属氧化物活化以及碳材料和天然矿物活化等。在均相体系的活化方法中，光活化与热活化依赖外界能量，而过渡金属离子如mn2+、fe2+、co2+、ag+及au+等虽能够有效地激活过硫酸盐产生硫酸根自由基，但该类金属离子难以从水中有效分离，容易造成二次污染，且ag，au等元素价格相对昂贵。针对以上方法激活过硫酸盐过程中的弊端，非均相催化剂如过渡金属氧化物(如fe2o3、mno2、cuo及co2o3等)，碳材料(如活性炭、碳纳米管、石墨烯或氮化碳等)，分子筛(如mcm-41、zsm-5及沸石等)被广泛研究。其中多价态过渡金属氧化物(tmo)具有能量输入少、ph条件特定、效率高、回收性能优异等优点，被广泛应用于过硫酸盐的异构活化。
3、α-fe2o3又称赤铁矿，在自然界中广泛存
4、然而，以往杂原子掺杂的α-fe2o3常以α-feooh为前驱体进行离子掺杂，形成同晶取代的α-feooh，其后再进行煅烧得到α-fe2o3晶型。然而此种方式不仅耗能较大，且在煅烧过程中会消耗有价值的表面羟基，从而导致活化过硫酸盐降解水中污染物去除率低。相比于α-fe2o3作为铁氧化物中最稳定的晶体结构，α-feooh作为其前驱体晶体结构并不稳定，氧空位的出现往往伴随着内部电子结构的改变，如能通过优选合适的掺杂离子，巧妙的控制这一电子重排程度，则在低温条件下即能使其相变为α-fe2o3，且在煅烧过程中原本会损失的有价值的表面羟基也可以得以保留，从而进一步提升其在活化过硫酸盐降解水中污染物上的增效。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的氧化铁催化剂活性低、煅烧制备能耗大的问题，本专利技术提出了一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂及制备方法与应用。
2、一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，通式为α-fe2-2xni2xo3h，x＝0.05,0.1,0.2,0.3，ni2+以同晶取代的方式掺杂在氧化铁晶体内，形成ni-o-fe键，催化剂表面含有丰富的氧空位和活性结构羟基。
3、催化剂比表面积为120～180m2/g。
4、催化剂磁性为20～30emu/g。
5、一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，包括如下步骤：
6、一、将无机二价镍盐和无机三价铁盐溶于去离子水中，加入氨水，搅拌调节ph至9.0～11.0，得到悬浊液；
7、二、将步骤一得到的悬浊液置于半封闭容器中，使其晶体发育完全，得到目标产物。
8、步骤一所述无机二价镍盐为nicl2、niso4或ni(no3)2，无机三价铁盐为fecl3，fe2(so4)3或fe(no3)3。
9、步骤一中无机二价镍盐与无机二价镍盐和无机三价铁盐之和(ni2+:(ni2++fe3+))的摩尔比例为0.05,0.1,0.2,0.3:1。
10、步骤二中晶体发育温度为50～80℃、时间为24～96h。
11、一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的应用方法，具体为：
12、a、将氧化铁催化剂加入到含有污染物的水溶液中，搅拌使其均匀混合；
13、b、在上述溶液中同时加入naoh溶液及过硫酸盐溶液，调节溶液ph值为中性，以启动反应；
14、c、反应结束后利用磁铁将催化剂进行回收再生。
15、步骤a中催化剂投量为50～200mg/l。
16、步骤b中所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐其中一种或二者混合。
17、本专利技术原理：
18、本专利技术通过低价金属离子(ni2+)同晶取代的策略向α-feooh引入氧空位，由于α-feooh的晶体结构不稳定，在氧空位引起的电子重排作用的影响下，其相变成为晶体结构更为稳定的α-fe2o3；且由于材料制备在较低温度下进行，α-feooh表面的结构羟基部分得以保留，最终合成富含氧空位及表面羟基的α-fe2-2xni2xo3h催化材料。其活化过硫酸盐产生可高效降解污染物的活性氧物质(reactive oxygen species，ros)。由于低价ni2+的引入使材料表面产生氧空位并暴露出更多路易斯酸位，增强与氧化剂之间的络合；表面羟基中的h与氧化剂的o原子之间的氢键作用也增强了材料对氧化剂的吸附。且氧空位的引入增强了fe的3d轨道的自旋，使其更易与氧化剂中的氧原子之间发生电子传递产生ros(so4·-，·oh，o2·-，1o2及so5·-)，ros攻击污染物最终将污染物转化成小分子物质。在反应过程中金属离子ni2+/ni3+，fe2+/fe3+之间的循环使得α-fe2-2xni2xo3h在多次循环使用后仍保持优越的催化效能。
19、有益效果
20、1、本专利技术通过ni2+掺杂α-feooh的掺杂方式向其中引入氧空位，在电子重排的影响下使其直接相变为α-fe2o3，并保留了具有活性的表面羟基，因富含表面羟基，增强了对过硫酸盐的吸附作用；因富含氧空位，其活性位点增多，增强了与过硫酸盐的络本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，通式为α-Fe2-2xNi2xO3H，x＝0.05,0.1,0.2,0.3，Ni2+以同晶取代的方式掺杂在氧化铁晶体内，形成Ni-O-Fe键，催化剂表面含有丰富的氧空位和活性结构羟基。
2.根据权利要求1所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，其特征在于，催化剂比表面积为120～180m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，其特征在于，催化剂磁性为20～30emu/g。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述无机二价镍盐为NiCl2、NiSO4或Ni(NO3)2，无机三价铁盐为FeCl3，Fe2(SO4)3或Fe(NO3)3。
6.根据权利要求4所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，无机二价镍盐与无机二价镍盐和无机三价铁盐之和的摩尔
7.根据权利要求4所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中晶体发育温度为50～80℃、时间为24～96h。
8.一种使用权利要求1至3所述富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的应用方法，具体为：
9.根据权利要求8所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的应用方法，其特征在于，步骤A中催化剂投量为50～200mg/L。
10.根据权利要求8所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的应用方法，其特征在于，步骤B中所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐其中一种或二者混合。
...【技术特征摘要】
1.一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，通式为α-fe2-2xni2xo3h，x＝0.05,0.1,0.2,0.3，ni2+以同晶取代的方式掺杂在氧化铁晶体内，形成ni-o-fe键，催化剂表面含有丰富的氧空位和活性结构羟基。
2.根据权利要求1所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，其特征在于，催化剂比表面积为120～180m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂，其特征在于，催化剂磁性为20～30emu/g。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种富含氧空位及羟基的镍掺杂氧化铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述无机二价镍盐为nicl2、niso4或ni(no3)2，无机三价铁盐为fecl3，fe2(s...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠林，王舒煜，闫鹏魏，左进香，佘天好，沈琳璐，程艺真，祝鑫炜，谭强，沈吉敏，康晶，王斌远，赵晟锌，吴文雨，郑旖昕，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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