一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的制備方法與流程

本發明涉及一種芬頓催化劑的制備方法。

背景技術：

化工產業作為國民經濟支柱，為經濟快速發展做出了極大的貢獻，但隨之也帶來越來越多的污染問題，如水污染、土壤污染以及大氣污染等。在土壤污染和水污染中，以苯酚為代表的芳香烴類污染物，嚴重危害人體和生態環境。高級催化氧化(fenton氧化及類fenton氧化)在常溫常壓下反應，操作方便、氧化能力強，在土壤修復和有機廢水處理應用前景廣闊。而目前的芬頓氧化技術中，芬頓催化劑在中性體系下無法使用，且多次循環性能嚴重下降，第二次使用時降解率達到第一次的10％。故在高效異相催化劑的開發中，制備價廉易得、比表面積大和活性高的類芬頓催化劑材料在水處理領域具有重要的應用價值。

技術實現要素：

本發明的目的是要解決現有芬頓催化劑降解有機物的效率低且多次循環性能嚴重下降的問題，而提供一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的制備方法。

一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、將鐵粉、na2s2o3和升華硫加入到去離子水中，再攪拌均勻，得到反應液；

步驟一中所述的反應液中鐵粉的濃度為0.1mol/l～0.5mol/l；

步驟一中所述的反應液中na2s2o3的濃度為0.1mol/l～0.5mol/l；

步驟一中所述的反應液中升華硫的濃度為0.05mol/l～0.2mol/l；

二、將反應液加入到水熱反應釜中，再向水熱反應釜中通入氮氣，再在氮氣氣氛和溫度為160℃～200℃下水熱反應18h～25h，得到含有水熱反應產物的混合液；

三、將含有水熱反應產物的混合液在離心速度為4000r/min～5000r/min下離心4min～6min，去除上清液，得到水熱反應產物；

四、首先使用去離子水對步驟三中得到的水熱反應產物清洗3次～5次，再使用無水乙醇對水熱反應產物清洗3次～5次，最后在溫度為60℃～80℃下烘干，得到高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵。

本發明的優點：

一、本發明制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵即使不調節羅丹明b水溶液的ph值的條件下，降解效果依然很好，降解速度較快，10min時可以降解大于83％的羅丹明b；

二、本發明制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的直徑在2μm～4μm之間且大小均勻；

三、本發明制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵可以多次使用降解羅丹明b，第二次使用時降解率達到第一次的87％～89％，第三次使用時降解率達到第一次的75％～78％。

本發明可獲得一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的方法。

附圖說明

圖1為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵降解羅丹明b的曲線；

圖2為xrd譜圖，圖2中1為白鐵礦晶型的fes2的xrd曲線，2為黃鐵礦晶型的fes2的xrd曲線，3為fe原子的xrd曲線，4為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的xrd曲線；“■”為白鐵礦晶型的fes2的特征峰，“▲”為黃鐵礦晶型的fes2的特征峰，“●”為fe原子的特征峰；

圖3為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵放大10000倍的sem圖；

圖4為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵放大20000倍的sem圖；

圖5為三次降解羅丹明b的曲線圖，圖5中1為第一次降解羅丹明b的曲線，2為第二次降解羅丹明b的曲線，3為第三次降解羅丹明b的曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、將鐵粉、na2s2o3和升華硫加入到去離子水中，再攪拌均勻，得到反應液；

步驟一中所述的反應液中鐵粉的濃度為0.1mol/l～0.5mol/l；

步驟一中所述的反應液中na2s2o3的濃度為0.1mol/l～0.5mol/l；

步驟一中所述的反應液中升華硫的濃度為0.05mol/l～0.2mol/l；

二、將反應液加入到水熱反應釜中，再向水熱反應釜中通入氮氣，再在氮氣氣氛和溫度為160℃～200℃下水熱反應18h～25h，得到含有水熱反應產物的混合液；

三、將含有水熱反應產物的混合液在離心速度為4000r/min～5000r/min下離心4min～6min，去除上清液，得到水熱反應產物；

四、首先使用去離子水對步驟三中得到的水熱反應產物清洗3次～5次，再使用無水乙醇對水熱反應產物清洗3次～5次，最后在溫度為60℃～80℃下烘干，得到高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵。

本實施方式的優點：

一、本實施方式制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵即使不調節羅丹明b水溶液的ph值的條件下，降解效果依然很好，降解速度較快，10min時可以降解大于83％的羅丹明b；

二、本實施方式制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的直徑在2μm～4μm之間且大小均勻；

三、本實施方式制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵可以多次使用降解羅丹明b，第二次使用時降解率達到第一次的87％～89％，第三次使用時降解率達到第一次的75％～78％。

本實施方式可獲得一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的方法。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中所述的鐵粉的粒徑為100nm。其他步驟與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：步驟一中所述的反應液中鐵粉的濃度為0.1mol/l～0.2mol/l。其他步驟與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同點是：步驟一中所述的反應液中鐵粉的濃度為0.2mol/l～0.5mol/l。其他步驟與具體實施方式一至三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同點是：步驟一中所述的反應液中na2s2o3的濃度為0.1mol/l～0.2mol/l。其他步驟與具體實施方式一至四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同點是：步驟一中所述的反應液中na2s2o3的濃度為0.2mol/l～0.5mol/l。其他步驟與具體實施方式一至五相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：步驟一中所述的反應液中升華硫的濃度為0.05mol/l～0.1mol/l。其他步驟與具體實施方式一至六相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同點是：步驟一中所述的反應液中升華硫的濃度為0.1mol/l～0.2mol/l。其他步驟與具體實施方式一至七相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同點是：步驟二中將反應液加入到水熱反應釜中，再向水熱反應釜中通入氮氣，再在氮氣氣氛和溫度為160℃～180℃下水熱反應22h～24h，得到含有水熱反應產物的混合液。其他步驟與具體實施方式一至八相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同點是：步驟二中將反應液加入到水熱反應釜中，再向水熱反應釜中通入氮氣，再在氮氣氣氛和溫度為180℃～200℃下水熱反應18h～20h，得到含有水熱反應產物的混合液。其他步驟與具體實施方式一至九相同。

采用以下實施例驗證本發明的有益效果：

實施例一：一種高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、將鐵粉、na2s2o3和升華硫加入到去離子水中，再攪拌均勻，得到反應液；

步驟一中所述的鐵粉的粒徑為100nm；

步驟一中所述的反應液中鐵粉的濃度為0.2mol/l；

步驟一中所述的反應液中na2s2o3的濃度為0.2mol/l；

步驟一中所述的反應液中升華硫的濃度為0.1mol/l；

二、將反應液加入到水熱反應釜中，再向水熱反應釜中通入氮氣，再在氮氣氣氛和溫度為180℃下水熱反應24h，得到含有水熱反應產物的混合液；

三、將含有水熱反應產物的混合液在離心速度為4000r/min下離心5min，去除上清液，得到水熱反應產物；

四、首先使用去離子水對步驟三中得到的水熱反應產物清洗3次，再使用無水乙醇對水熱反應產物清洗3次，最后在溫度為60℃下烘干，得到高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵。

降解羅丹明b的降解試驗一：將30mg高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵加入到50ml羅丹明b的濃度為0.6g/l的羅丹明b水溶液中，攪拌均勻，再加入34μl濃度為6mmol/l的h2o2溶液，再攪拌均勻，再在室溫下反應0min～30min，降解效果如圖1所示；

圖1為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵降解羅丹明b的曲線；

從圖1可知，即使不調節羅丹明b水溶液的ph值的條件下，降解效果依然很好，降解速度較快，10min時可以降解83％的羅丹明b。

圖2為xrd譜圖，圖2中1為白鐵礦晶型的fes2的xrd曲線，2為黃鐵礦晶型的fes2的xrd曲線，3為fe原子的xrd曲線，4為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的xrd曲線；“■”為白鐵礦晶型的fes2的特征峰，“▲”為黃鐵礦晶型的fes2的特征峰，“●”為fe原子的特征峰；

從圖2可知，實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵中含有黃鐵礦和白鐵礦晶型的fes2以及一定量的fe，說明一部分納米鐵粉與na2s2o3與s反應，剩余部分鐵粉未能進行反應。

圖3為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵放大10000倍的sem圖；

圖4為實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵放大20000倍的sem圖。

從圖3和圖4可知，實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵的直徑在2μm～4μm之間且大小均勻。

降解羅丹明b的循環試驗一：將30mg實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵加入到50ml羅丹明b的濃度為0.6g/l的羅丹明b水溶液中，攪拌均勻，再加入34μl濃度為6mmol/l的h2o2溶液，再攪拌均勻，再在室溫下反應0min～30min，降解效果如圖5中曲線1所示；

降解羅丹明b的循環試驗二：將30mg降解羅丹明b的循環試驗一中降解羅丹明b水溶液30min后的實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵取出，使用蒸餾水清洗5次，再在溫度為60℃下真空干燥10h，得到第二次降解羅丹明b用的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵；將第二次降解羅丹明b用的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵加入到50ml羅丹明b的濃度為0.6g/l的羅丹明b水溶液中，攪拌均勻，再加入34μl濃度為6mmol/l的h2o2溶液，再攪拌均勻，再在室溫下反應0min～30min，降解效果如圖5中曲線2所示；

降解羅丹明b的循環試驗三：將30mg降解羅丹明b的循環試驗二中降解羅丹明b水溶液30min后的第二次降解羅丹明b用的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵取出，使用蒸餾水清洗5次，再在溫度為60℃下真空干燥10h，得到第三次降解羅丹明b用的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵；將第三次降解羅丹明b用的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵加入到50ml羅丹明b的濃度為0.6g/l的羅丹明b水溶液中，攪拌均勻，再加入34μl濃度為6mmol/l的h2o2溶液，再攪拌均勻，再在室溫下反應0min～30min，降解效果如圖5中曲線3所示。

圖5為三次降解羅丹明b的曲線圖，圖5中1為第一次降解羅丹明b的曲線，2為第二次降解羅丹明b的曲線，3為第三次降解羅丹明b的曲線。

從圖5可知，實施例一制備的高效異相類芬頓催化劑多硫化鐵第二次降解羅丹明b的降解率達到75.18％，性能達到第一次的87.42％，第三次降解羅丹明b的降解率達到64.5％，性能達到第一次的75％。