本发明专利技术公开一种磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂，所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂包括纳米四氧化三铁内核，包裹所述纳米四氧化三铁内核的二氧化硅中间层，以及负载于二氧化硅中间层上的二氧化铈活性组分；所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂中，四氧化三铁、二氧化硅、二氧化铈的质量比为1：0.3~0.8：3~5。并公开了其制备方法和在催化臭氧降解有机废水过程中的应用。本发明专利技术提供的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂能够快速降解废水中的有机污染物，同时易于磁性回收，且具有良好的连续使用性和较低的金属离子溶出率，为增强臭氧技术用于有机废水污染物的去除效果及工业应用提供了一条快速、有效的处理方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有核/壳结构的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
目前在化工、染料、制药等行业产生的大量工业废水达不到国家规定的排放标准，且容易造成二次污染；这些废水由于其浓度高、毒性大、可生化性差等特点，单独用传统生物法很难达到理想的去除效果，已引起广泛关注。臭氧由于其很高的氧化还原电位(2.07V)、对环境的有好性和潜在的应用性越来越受到人们的关注。尤其是在碱性条件下，臭氧分解产生极强氧化性的羟基自由基，羟基自由基与有机物进行取代、加合、电子转移、断键等反应，氧化有机污染物时无选择性且不会造成二次污染，能把大分子难降解有机污染物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，提高废水的可生化性。然而，在废水污染控制领域，采用单独臭氧氧化时，存在氧化不彻底导致废水矿化效率及臭氧的利用率偏低等难题。因此，为了克服臭氧氧化中的这些局限性，提高臭氧氧化的经济性，一系列的高级氧化技术被提出来与臭氧联用，如臭氧超声联用、臭氧紫外光联用、臭氧双氧水联用、催化臭氧氧化等。催化臭氧氧化技术由于其能解决单独臭氧氧化存在的缺陷且能提高氧化效率，日益受到人们的青睐，其中以非均相催化臭氧氧化尤为突出。催化剂对于非均相催化臭氧来说具有十分重要的作用。过渡金属氧化物，如Mn02、TiO2' Ni2O3' Al2O3' Co3O4, Cu。、Zn。、V205、CeO2, La2O3 和 Pr6O11 常被用来作为催化臭氧氧化的催化剂。而在这些催化剂中，二氧化铈由于其特殊的4f轨道结构和较强的获取和释放氧的能力，被认为是一种具有良好前景的催化剂。但是，使用纳米二氧化铈催化臭氧氧化有机废水存在催化剂难以与废水分离的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种具有高催化活性的、性质稳定的且易于回收利用的磁性纳米二氧化铺臭氧催化剂及其制备方法。本专利技术采用的技术方案是:一种磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂，所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂包括纳米四氧化三铁内核，包裹所述纳米四氧化三铁内核的二氧化硅中间层，以及负载于二氧化硅中间层上的二氧化铈活性组分；所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂中，四氧化三铁、二氧化硅、二氧化铈的质量比为1:0.3^0.8:3 5，优选1:0.4^0.5:4 5，最优选1:0.5:5。进一步,所述磁性 纳米二氧化铺臭氧催化剂由纳米四氧化三铁内核,包裹所述纳米四氧化三铁内核的二氧化硅中间层，以及负载于二氧化硅中间层上的二氧化铈活性组分组成。本专利技术还提供所述的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤:(I)利用滴定水解法制备纳米四氧化三铁颗粒；(2)将步骤(I)中得到的纳米四氧化三铁颗粒加入0.5^1mol/L的柠檬酸三钠溶液中，分散均匀后，6(T70°C温度下、氮气保护下搅拌5 10小时(优选6小时)，磁性分离、得沉淀a洗涤后烘干得到改性的纳米四氧化三铁颗粒；(3) A、将改性的纳米四氧化三铁颗粒加入到乙醇和水的混合液中，分散均匀后，加入质量百分浓度2(T30%的氨水和正硅酸乙酯，在6(T70°C温度下搅拌2 4小时后，磁性分离、得沉淀b洗涤后烘干，重复上述步骤A至二氧化硅与纳米四氧化三铁颗粒的质量比为0.3^0.8:1，制得二氧化硅包裹的纳米四氧化三铁颗粒；所述乙醇和水的体积比为4 5:1，优选4:1 ;所述氨水和正硅酸乙酯的体积比为1:1;(4) B、将二氧化硅包裹的纳米四氧化三铁颗粒加入到0.05、.lmol/L的硝酸亚铈溶液中，分散均匀后，搅拌下滴入0.5^1mol/L氢氧化钾溶液，在室温下搅拌2 4小时后，磁性分离、得沉淀c洗涤后烘干，所得烘干粉末再于5(KT55(TC (优选50(TC)，氮气保护下煅烧2 3小时；重复上述步骤B至二氧化铈与纳米四氧化三铁颗粒的质量比为:T5:1，制备得到所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂；所述氢氧化钾与硝酸亚铈的物质的量之比5飞:1。本专利技术所述步骤(I)可按以下方法操作:在氮气保护条件下，6(T70°C温度条件下，搅拌下向硝酸钾和氢氧化钾的混合溶液中滴加0.2mol/L的FeSO4溶液，所述混合溶液中，硝酸钾浓度0.2^0.3mol/L (优选0.25mol/L),氢氧化钾浓度0.2^0.3mol/L (优选0.25mol/L);硝酸钾的浓度与氢氧化钾的浓度相同；加入的FeSO4的物质的量与氢氧化钾的物质的量之比为1:5飞；滴完后搅拌反应4飞小时后，磁性分离、沉淀洗涤后烘干，制得所述纳米四氧化三铁颗粒。这是本领域技术人员公知的制备纳米四氧化三铁的滴定水解法。所述洗涤可依次用乙醇、去离子水洗涤。本专利技术所述步 骤(2)、(3)和(4)中，所述的分散均匀均可利用超声来分散均匀，本领域技术人员公知此技术。所述步骤(2 )中，所述沉淀a洗涤后烘干，所述洗涤可用乙醇、去离子水洗涤，所述烘干可在70°C真空干燥箱中烘干。所述步骤(3)中，所述沉淀b洗涤后烘干，所述洗涤可用乙醇、去离子水洗涤，所述烘干可在70°C真空干燥箱中烘干。所述步骤(4)中，所述沉淀c洗涤后烘干，所述洗涤可用乙醇、去离子水洗涤，所述烘干可在70°C真空干燥箱中烘干。所述步骤(2)中，柠檬酸三钠溶液的浓度为0.5 lmol/L，优选为0.5mol/L。所述柠檬酸三钠溶液的体积用量通常以纳米四氧化三铁颗粒的质量计为5(Tl00mL/g，优选为50mL/go所述步骤(3)中，所述乙醇和水的混合液的体积用量通常以纳米四氧化三铁颗粒的质量计为10(T200mL/g ;所述氨水的质量百分浓度优选28% ;所述正硅酸乙酯的体积用量通常以纳米四氧化三铁颗粒的质量计为2 10mL/g，优选5 10mL/g。所述步骤(4)中，所述硝酸亚铈溶液的浓度优选0.05mol/L,氢氧化钾溶液的浓度优选0.5mol/L,所述氢氧化钾与硝酸亚铈的物质的量之比优选5:1。所述硝酸亚铈溶液的体积用量通常以二氧化硅包裹的纳米四氧化三铁颗粒的质量计为20(T500mL/g，优选400 500mL/g。按本专利技术方法制备的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂的颗粒直径约为200_300nm，SiO2层的厚度约为50nm，CeO2层的厚度约为30_50nm。本专利技术制作了 一种磁性二氧化铈纳米颗粒(用Fe3O4OSiO2IgCeO2表示)，具有四氧化三铁的内核、二氧化硅的中间层和二氧化铈的外壳。选择四氧化三铁作为内核，因为其具有很强的磁性且相对稳定。在内核与外壳之间的中间层二氧化硅可以保护内核四氧化三铁，避免其在催化反应过程中被氧化，也可以使外层的二氧化铈均匀的分散在二氧化硅上。因此，Fe3O4OSiO2IgCeO2催化剂不仅具有四氧化三铁的磁性，而且还具有二氧化铈良好的催化活性，从而解决了 二氧化铈难以回收再利用的难题。本专利技术结合四氧化三铁和稀土金属的特性，采用四氧化三铁作为内核、二氧化硅为中间层、二氧化铈为外壳，利用四氧化三铁的顺磁性可以在处理废水后将催化剂方便的进行磁性分离，从而便于催化剂的回收再利用，同时催化剂的外层活性组分二氧化铈是良好的臭氧催化剂，可以使污染物在催化剂表面进行反应，直至完全转换为无害的二氧化碳和水。本专利技术还提供所述的磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂在催化臭氧降解有机废水中的应用:采用本专利技术催化剂催化臭氧处理各种有机废水，能够达到快本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂，其特征在于所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂包括纳米四氧化三铁内核，包裹所述纳米四氧化三铁内核的二氧化硅中间层，以及负载于二氧化硅中间层上的二氧化铈活性组分；所述磁性纳米二氧化铈臭氧催化剂中，四氧化三铁、二氧化硅、二氧化铈的质量比为1：0.3~0.8：3~5。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴启洲，陈建孟，王佳裕，鱼杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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