一種綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑及其應用，綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑由以下方法制備：將FeCl3·6H2O、乙酸鈉和聚乙二醇溶于乙二醇后置于反應釜中，升溫至195?205℃并保持8?72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；將黑色固體分別用乙醇和超純水清洗，真空干燥后即得到四氧化三鐵粉末；按1:5?5:1的質量比分別稱取四氧化三鐵和綠茶提取物，置于超純水中，超聲0.5?2h，固液分離；將得到的固體真空干燥，即得到綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑；綠茶提取物為原兒茶酸、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素中的至少一種。綠茶提取物具有較強還原性，可提高四氧化三鐵的催化效率；復合催化劑綠色環保，分離方便，不會帶來二次污染。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種綠茶提取物-四氧化三鐵復合催化劑及其應用，屬于水處理

技術介紹
近二十年，隨著環境檢測技術的進步和人們環保意識的增強，水環境中的新興有機污染物正日益受到全世界科研人員的關注。新興有機污染物主要包括藥物與個人護理品、內分泌干擾物、溴代阻燃劑、農藥、藻毒素、嗅味物質等，其最重要的三個特征即為濃度低、種類多、性質復雜，并且新興有機污染物對人類和環境的影響不僅僅依賴于其在自然環境中濃度的高低，還與其在環境中的持久性和生物累積效應等密切相關。這些物質一旦進入環境，有些會通過生物代謝轉化為毒性更高的物質。目前科學家已經證明水體中很多新興有機污染物會對人體造成很大危害，甚至其中一部分為致癌、致畸、致突變物質。然而，傳統的混凝、沉淀、過濾工藝對這類物質的去除效率極低，因此，在飲用水水源不斷受到新興有機污染物威脅的情況下，研究新型高效的去除水中微量難降解有機物的工藝，從而有效地提高飲用水水質，對我國建設中國特色社會主義具有極其重要的戰略意義。過硫酸氫鹽是一種環境友好型藥劑，能夠被激發產生硫酸根自由基，硫酸根自由基相較于羥基自由基有著更高的氧化能力和選擇性，可以快速有效的去除水中新興有機污染物。另外，過硫酸氫鹽由于其結構的不對稱性，容易被金屬或金屬氧化物激發，其中鐵氧體由于其易于從水中分離進行回收利用而受到研究者的廣泛關注。四氧化三鐵作為最常見的鐵氧體，其表面較多的三價鐵離子不能被有效利用，催化效率受到限制。因此，對于四氧化三鐵改性的研究也日趨增多，但尋找一種綠色環保的材料來增強四氧化三鐵的催化性能仍屬當務之急。日常常見的多種綠茶提取物均具有較強的還原性，可有效促進四氧化三鐵表面的Fe(III)/Fe(II)循環，在提高四氧化三鐵的催化效率的同時，還保證了復合材料不會帶來二次污染。
技術實現思路
本專利技術的目的是以綠色環保、快速高效的方式解決飲用水和地下水中普遍存在的多種有毒有害新興有機微污染物的問題，提供了一種利用綠茶提取物-四氧化三鐵復合材料催化過硫酸氫鹽去除水中新興有機污染物的方法。本專利技術的技術方案之一是，提供一種綠茶提取物-四氧化三鐵(或表示為綠茶提取物-四氧化三鐵)復合催化劑，所述綠茶提取物-四氧化三鐵復合材料由以下方法制備：(1)將FeCl3·6H2O、乙酸鈉和聚乙二醇溶于乙二醇后置于反應釜中，升溫至195-205℃并保持8-72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；(2)將所述黑色固體用乙醇清洗后再用超純水清洗，真空干燥后即得到四氧化三鐵粉末；(3)按1:0.2-5的質量比分別稱取四氧化三鐵和綠茶提取物，置于超純水中，超聲0.5-2h，固液分離；將得到的固體真空干燥，即得到綠茶提取物-四氧化三鐵復合催化劑；所述綠茶提取物為原兒茶酸、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素中的至少一種。進一步地，所述四氧化三鐵粉末的制備方法為：稱取2.7質量份FeCl3·6H2O、7.2質量份乙酸鈉、1.5-2.5質量份聚乙二醇，溶于乙二醇后置于反應釜中，升溫至200℃并保持8-72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；所述黑色固體用無水乙醇清洗后再用超純水清洗，于55-65℃下真空干燥，即得到四氧化三鐵粉末。進一步地，所述步驟(3)中，四氧化三鐵和綠茶提取物的質量比為1:1。本專利技術的另一技術方案是，提供上述復合催化劑在去除水中有機污染物方面的應用。進一步地，包括以下步驟：(a)將過硫酸氫鹽與待處理的污水溶液混合；(b)用酸、堿或其他方法調節污水溶液的pH值至3.2-9.2；(c)將所述復合催化劑投加至污水溶液中，催化有機污染物進行降解反應；(d)反應后采用外磁場分離復合催化劑。進一步地，步驟(b)中，所述復合催化劑的投加量為0.2-2.0g/L。進一步地，所述過硫酸氫鹽的投加量為0.2-5.0mmol/L。進一步地，所述過硫酸氫鹽為過硫酸氫鈉、過硫酸氫鉀、過硫酸氫銨、過硫酸氫鈣、過硫酸氫鎂中的至少一種。進一步地，所述步驟(c)中，加入復合催化劑后，通過振蕩使復合催化劑催化降解，振蕩時，污水溶液的溫度為5-50℃，優選40-50℃。進一步地，所述有機污染物包括內分泌干擾物、藥物與個人護理品、溴代阻燃劑、農藥、藻毒素、嗅味物質。本專利技術的原理主要是利用四氧化三鐵表面的亞鐵離子激發過硫酸氫鹽產生硫酸根自由基和羥基自由基，氧化有機污染物。而負載在四氧化三鐵表面的綠茶提取物利用其較強的還原性可以促進四氧化三鐵表面的Fe(III)/Fe(II)循環，使四氧化三鐵表面產生大量可以被有效利用的亞鐵離子。如下式所示(綠茶提取物以EGCG-表沒食子兒茶素沒食子酸酯為例)：Fe2++HSO5-→Fe3++SO4.-+OH-SO4.-+OH-→OH.+SO42-SO4.-+H2O→OH.+HSO4-Fe3++EGCG→Fe2++intermediates(中間體)與其他金屬氧化物催化過硫酸氫鹽的高級氧化法相比，本專利技術的有益效果是，(1)鐵氧體可通過外磁場與反應溶液分離，便于回收利用；(2)綠茶提取物具有較強還原性，可提高四氧化三鐵的催化效率；(3)綠茶提取物屬于綠色環保材料，不會帶來二次污染。附圖說明圖1表示各種催化劑對敵草隆(Diuron)的去除效果對比圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步說明。實施例1本實施例提供一種綠茶提取物-四氧化三鐵復合催化劑及該復合催化劑結合過硫酸氫鹽去除水中新興有機污染物的方法。復合催化劑的制備方法如下：1)稱取2.7gFeCl3·6H2O，7.2gNaAc，2.0g聚乙二醇4000，溶于80mL乙二醇中。將該混合溶液磁力攪拌30分鐘使其充分溶解，再加入到100mL內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應釜中，將反應釜放入烘箱，升溫至200℃并保持8-72小時，然后自然冷卻至室溫。2)所得黑色固體用乙醇和超純水反復清洗數次，放于60℃真空干燥箱中12小時，即得到四氧化三鐵粉末。3)稱取四氧化三鐵和綠茶提取物，置于超純水中，超聲分散復合約1小時，再將其放于60℃真空干燥箱中12小時，即得到綠茶提取物/四氧化三鐵復合催化劑。為具體研究綠茶提取物的結合四氧化三鐵催化的機理，本實施例選擇綠茶提取物中含量最多的一種物質作為代表，即綠茶提取物為表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)。作為與EGCG結構類似的物質，如原兒茶酸、表兒茶素也可以應用于該催化劑中。該復合催化劑用于降解廢水中的有機物的具體步驟如下：配制好待處理的含微污染物的水溶液作為待本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑，其特征在于，所述綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑由以下方法制備：（1）將FeCl3·6H2O、乙酸鈉和聚乙二醇溶于乙二醇后置于反應釜中，升溫至195?205?℃并保持8?72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；（2）將所述黑色固體用乙醇清洗后再用超純水清洗，真空干燥后即得到四氧化三鐵粉末；（3）按1:0.2?5的質量比分別稱取四氧化三鐵和綠茶提取物，置于超純水中，超聲0.5?2h，固液分離；將得到的固體真空干燥，即得到綠茶提取物?四氧化三鐵復合催化劑；所述綠茶提取物為原兒茶酸、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素中的至少一種。

【技術特征摘要】
1.一種綠茶提取物-四氧化三鐵復合催化劑，其特征在于，所述綠茶提取物-四氧化三
鐵復合催化劑由以下方法制備：
（1）將FeCl3·6H2O、乙酸鈉和聚乙二醇溶于乙二醇后置于反應釜中，升溫至195-205℃
并保持8-72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；
（2）將所述黑色固體用乙醇清洗后再用超純水清洗，真空干燥后即得到四氧化三鐵粉
末；
（3）按1:0.2-5的質量比分別稱取四氧化三鐵和綠茶提取物，置于超純水中，超聲0.5-
2h，固液分離；將得到的固體真空干燥，即得到綠茶提取物-四氧化三鐵復合催化劑；所述綠
茶提取物為原兒茶酸、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素中的至少一種。
2.如權利要求1所述的復合催化劑，其特征在于，所述四氧化三鐵粉末的制備方法為：
稱取2.7質量份FeCl3·6H2O、7.2質量份乙酸鈉、1.5-2.5質量份聚乙二醇，溶于乙二醇后
置于反應釜中，升溫至200℃并保持8-72h，然后自然冷卻至室溫，得到黑色固體；所述黑色
固體乙醇清洗后再用超純水清洗，于55-65℃下真空干燥，即得到四氧化三鐵粉末。
3.如權利要求1所述的復合催化劑，其特征在于，所述步驟（3）...

【專利技術屬性】
技術研發人員：施周，卜令君，衣啟航，周石慶，鄧林，畢晨，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43