磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理和環境催化技術領域，具體涉及一種高效磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應用。
【背景技術】
[0002]染料廢水具有廢水成分復雜、高污染物濃度、難降解及對環境和人類危害大等特點，而傳統的廢水處理技術不能對染料廢水進行有效的處理。芬頓技術作為一種經典的高級氧化技術在處理水中難降解有機污染物的應用越來越廣泛。但是傳統均相芬頓存在一些缺點，如大量鐵污泥的產生、催化劑難以實現回收和重復利用等。所以異相芬頓反應就應運而生，而開發高活性、高穩定性及較寬PH適用范圍的催化劑成為研究者的研究重點。
[0003]鐵氧化物異相芬頓催化劑能將一系列的有機污染有效的去除，像苯酚、染料和殺蟲劑等污染物。與其他鐵氧化物相比，磁鐵礦具有磁性，結構中包含同時包含Fe2+和Fe'而且磁鐵礦中鐵離子能被過渡金屬離子取代。研究證實過渡金屬離子的摻雜能影響磁鐵礦的催化能力。目前，文獻報道所合成的摻雜磁鐵礦樣品中Fe2+離子會有不同程度的氧化，造成合成出的催化劑純度不高，而且大多數的研究選定的目標污染物均為陽離子型染料亞甲基藍，而對于陰離子型染料的研究相對較少。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種高效磁性的異相芬頓催化劑，該催化劑可以對染料廢水進行有效地處理，且可以在外加磁場的作用下回收再重復利用。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案是:一種磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑，所述的催化劑化學式為TiFe204。
[0006]上述摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0007]a、將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+ = Ti4+= 2:1的比例溶解配置成混合液；
[0008]b、將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應；
[0009]C、反應完畢后，多次重復水洗、離心分離得到沉淀物；
[0010]d、將沉淀物干燥；
[0011]e、干燥后的樣品研磨、篩分，于300?400°C煅燒2?3h ;
[0012]f、將煅燒后的樣品在300?400°C下氫氣還原2?3h，得到所述的催化劑。
[0013]步驟(b)中，堿為氨水或氫氧化鈉，攪拌時間2h。
[0014]步驟(d)中，干燥溫度為100°C，干燥時間為12h。
[0015]將上述步驟制備的催化劑應用于處理染料廢水中，在染料廢水中加入0.1?
0.4mol/L的過氧化氫，染料廢水的pH值為2?3，所述的染料為陰離子型染料酸性橙II。
[0016]與現有技術相比，本發明開發了一種高效磁性異相芬頓催化劑TiFe2O4,帶來的有?效果是:
[0017](I)、本發明異相芬頓催化劑TiFe2O4與傳統制備方法相比，結構中Fe 2+未被氧化，為純相鈦磁鐵礦TiFe2O4;
[0018](2)、本發明異相芬頓催化劑TiFe2O4降解染料廢水效果好，具有很高的去除效果；
[0019](3)、本發明異相芬頓催化劑TiFe2O4在外加磁場的作用下能夠迅速的被分離，實現了催化劑的重復利用。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明實施例一制得的TiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖。
[0021]圖2是本發明實施例一制得的TiFe2O4的SEM圖。
[0022]圖3是本發明實施例一制得的TiFe2O4異相芬頓降解酸性橙II動力學曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0024]實施例一:純相TiFe2O4的制備過程和步驟如下所述:
[0025](I)分別取適量的硫酸亞鐵和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+ = Ti4+= 2:1的比例溶解于去離子水中，攪拌均勻。
[0026](2)將⑴中得到的金屬離子混合液緩慢的滴加到適量的氨水堿溶液中，金屬溶液滴加完畢后，反應體系磁力攪拌反應2h。
[0027](3)攪拌完畢后，混合溶液多次重復水洗離心分離得到催化劑固體。
[0028](4)離心后的沉淀物置于烘箱中100°C干燥12h。
[0029](5)待(4)步驟干燥后的樣品冷卻后，研磨和篩分，置于馬弗爐中400°C煅燒3h。煅燒后得到高效磁性異相芬頓催化劑TiFe204。
[0030](6)將步驟(5)獲得的樣品在400°C氫氣還原3h，得到純相鈦磁鐵礦異相芬頓催化劑 TiFe2O4O
[0031]純相TiFe2O4的X射線衍射(XRD)圖譜可參見圖1
[0032]如圖1所示，是本發明制備的樣品TiFe2O4的XRD圖譜，從圖1中可看出，合成TiFe2O4的X-射線衍射特征峰與磁鐵礦標準卡(JCPDS:19-0629)基本吻合。這說明了合成的TiFe2O4的為立方晶系尖晶石結構。從XRD圖譜看出，尖晶TiFe 204的主要衍射峰全部出現且很尖銳，表明合成的TiFe2O4的結晶度很好。
[0033]純相TiFe2O4的SEM圖譜可參見圖2
[0034]圖2為TiFe2O4的SEM照片，由圖2可以看出，樣品顆粒呈球形、分散均勻、大小均一，其尺寸約為200nm，而且樣品團聚小、分散度高。
[0035]以TiFe2O4為異相芬頓催化劑降解陰離子型染料酸性橙II廢水
[0036]TiFe2O4異相芬頓脫色降解酸性橙II (AOII)實驗在100mL的碘量瓶中進行，反應體系中模擬廢水酸性橙II (AOII)初始濃度(C。)為100mg/L，催化劑負載量為0.4g/L，過氧化氫濃度為0.lmol/Lo反應過程中，磁力攪拌器劇烈攪拌，充分使催化劑與溶液混合均勻，隔一定時間從反應體系中取出反應液，測定酸性橙II濃度隨反應時間的變化，TiFe2O4異相芬頓脫色降解酸性橙II (AOII)的結果如圖3所示。
[0037]從圖3可以看出僅僅在過氧化氫(無催化劑)作用下，酸性橙II (AOII)完全沒有被去除，單獨靠過氧化氫對酸性橙II (AOII)沒有去除效果。加入TiFe2O4催化劑后降解效果得到顯著的提高，表明在其他條件相同的情況下，TiFe2O4異相芬頓催化劑的加入顯著促進了酸性橙II (AOII)的降解，420min后去除率高達95%。
【主權項】
1.一種磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑，其特征在于，所述的催化劑化學式為TiFe2O402.如權利要求1所述的摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:a、將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+: Ti4+= 2: I的比例溶解配置成混合液； b、將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應； C、反應完畢后，多次重復水洗、離心分離得到沉淀物； d、將沉淀物干燥； e、干燥后的樣品研磨、篩分，于300?400°C煅燒2?3h; f、將煅燒后的樣品在300?400°C下氫氣還原2?3h，得到所述的催化劑。3.如權利要求2所述的磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，堿為氨水或氫氧化鈉，攪拌時間2h。4.如權利要求2所述的磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(d)中，干燥溫度為100°C，干燥時間為12h。5.如權利要求1-4任一所述的催化劑在處理染料廢水中的應用，在染料廢水中加入.0.1?0.4mol/L的過氧化氫，染料廢水的pH值為2?3，所述的染料為陰離子型染料酸性橙II。
【專利摘要】本發明公開了一種高效磁性摻雜磁鐵礦異相芬頓催化劑、制備及其在處理染料廢水方面的應用，所述的催化劑化學式為TiFe2O4，是通過將亞鐵鹽和四氯化鈦，按照摩爾比Fe2+:Ti4+＝2：1的比例溶解配置成混合液；將(a)中得到的混合液緩慢的滴加到堿溶液中，攪拌反應；反應完畢后，多次重復水洗、離心分離得到沉淀物；干燥后的沉淀物研磨、篩分，于300～400℃煅燒2～3h；將煅燒后的樣品在300～400℃下氫氣還原2～3h，得到所述的催化劑。本發明異相芬頓催化劑TiFe2O4與傳統制備方法相比，結構中Fe2+未被氧化，為純相鈦磁鐵礦TiFe2O4，降解染料廢水效果好，具有很高的去除效果。
【IPC分類】C02F103/30, B01J23/745, C02F101/38, C02F1/72
【公開號】CN105195149
【申請號】CN201510674425
【發明人】張晉華, 張春艷, 張才華, 邱園園, 楊士建, 梁曉亮, 戚飛鴻
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月16日