一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法及其應(yīng)用，包括如下步驟：(1)將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比1:2溶解于去離子水中，再加入一定量的檸檬酸鈉；(2)將步驟(1)所得的物料在油浴磁力攪拌；(3)將步驟(2)所得的物料取出烘干至形成溶膠；(4)將步驟(3)所得溶膠在馬弗爐中煅燒得到第一組分；(5)將第一組分在氫氣氛圍中還原得到所述磁性缺氧位鐵酸銅催化劑。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)制備的缺氧位鐵酸銅催化劑較還原前能夠有效催化過(guò)硫酸鹽，并且催化劑具有磁性經(jīng)磁分離后可再次使用。

Preparation method of magnetic oxygen free copper acid catalyst and application thereof

The invention discloses a preparation method and application of a magnetic bit hypoxia copper ferrite catalyst, which comprises the following steps: (1) the copper nitrate and iron nitrate molar of 1:2 dissolved in deionized water, then adding a certain amount of sodium citrate; (2) the step (1) the magnetic material in the oil bath stirring; (3) the step (2) the material removed dried to form sol; (4) the step (3) the first component sol calcined in a muffle furnace; (5) the first component in hydrogen atmosphere by reducing the magnetic potential hypoxia copper ferrite catalyst. The catalyst prepared by this invention can catalyze persulfate more effectively than before reduction, and the catalyst is magnetic and can be reused after magnetic separation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法及其應(yīng)用
本專(zhuān)利技術(shù)屬于催化劑
，具體涉及一種缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
氧化法作為含有機(jī)物的廢水處理中重要的組成形式，可有效去除難生化降解的有機(jī)物。Fenton及類(lèi)Fenton反應(yīng)作為化學(xué)氧化法中應(yīng)用較多的一種，其優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的羥基自由基具很強(qiáng)的氧化性，能夠無(wú)差別氧化絕大部分的有機(jī)物，達(dá)到去除污染物的目的。但由于其對(duì)反應(yīng)條件要求較為苛刻(pH值為3左右)，H2O2的價(jià)格昂貴，保存困難，后續(xù)生化處理需要對(duì)進(jìn)水進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致處理成本過(guò)高。基于硫酸根自由基(SO4-·)的過(guò)硫酸鹽(PS)及過(guò)一硫酸鹽(PMS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型高級(jí)氧化技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)為具有高選擇氧化性、不依賴(lài)pH值和其產(chǎn)生的硫酸根自由基很強(qiáng)的氧化性。此外，硫酸根自由基比羥基自由基在水體中存在的時(shí)間長(zhǎng)，能夠持續(xù)氧化有機(jī)物直至其礦化。同F(xiàn)enton體系相似，過(guò)硫酸鹽可以通過(guò)Fe2+、過(guò)渡金屬、超聲、UV等方式催化產(chǎn)生硫酸根自由基。此外，過(guò)硫酸鹽也可以通過(guò)熱催化和堿催化的方式產(chǎn)生硫酸根自由基，不過(guò)成本較高。Fe2+在中性條件下可有效的催化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，但在中性條件下Fe2+易氧化為Fe3+從而失去活性。并且過(guò)多的Fe2+會(huì)與硫酸根自由基結(jié)合，降低氧化能力。其中Co2+雖然有較高的催化性能，但其致癌作用導(dǎo)致Co2+并不能廣泛應(yīng)用。而鐵的氧化物作為另一支常用的催化劑由于其催化性能較弱，往往需要額外的能量輸入，如超聲及UV，從而增加處理成本。目前，較多使用的鐵酸銅催化劑催化PMS有良好的效果，但在PS的催化效果上并不理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法。本專(zhuān)利技術(shù)提供的缺氧位鐵酸銅能夠有效提供電子轉(zhuǎn)移達(dá)到鐵酸銅不能達(dá)到的催化效果。而且本催化劑具有磁性，能夠通過(guò)磁分離達(dá)到簡(jiǎn)單的回收及分離。本專(zhuān)利技術(shù)的另一目的在于提供上述缺氧位鐵酸銅催化劑的應(yīng)用。本專(zhuān)利技術(shù)的具體技術(shù)方案如下：一種缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法，包括如下步驟：(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：1.5-2.5：2～5；(2)將步驟(1)所得的溶液在40～80℃油浴磁力攪拌3～7h，待溶液剩約原體積的二分之一至四分之一時(shí)，將溶液置于50-90℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)步驟(2)所得的凝膠在150～600℃煅燒2～6h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分；(4)將第一組份放置在100～500℃氫氣氛圍內(nèi)還原1～10h，待自然冷卻后取出得到所述磁性缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊校辉诒緦?zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：2：3～4。在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(2)為：所得的溶液在50～70℃油浴磁力攪拌4～6h，待溶液剩約原體積的二分之一至四分之一時(shí)，將溶液置于60-80℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠。在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(3)為：將步驟(2)所所得的凝膠在200～500℃煅燒3～5h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分。在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(4)為：將第一組份放置在200～400℃氫氣氛圍內(nèi)還原1～10h，待自然冷卻后取出得到所述缺氧位鐵酸銅催化劑保存于氮?dú)夥諊小Ｒ环N上述制備方法制備的缺氧位鐵酸銅催化劑在處理含有有機(jī)污染物的廢水中的應(yīng)用。在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在常溫和中性pH的條件下，將所述缺氧位鐵酸銅催化劑與過(guò)硫酸鹽一同加入到所述廢水中，過(guò)硫酸鹽在廢水中的濃度為0.6～1.0g/L，鐵銅復(fù)合催化劑在廢水中的濃度為0.1～0.3g/L。在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述過(guò)硫酸鹽為過(guò)硫酸鈉和/或過(guò)硫酸鉀。本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：1、本專(zhuān)利技術(shù)的制備方法制備的缺氧位鐵酸銅催化劑與過(guò)硫酸鹽一同加入含有有機(jī)污染物的廢水中，二者接觸形成大量具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基，從而氧化有機(jī)污染物使其降解，2、本專(zhuān)利技術(shù)制備的缺氧位鐵酸銅催化劑與過(guò)硫酸鹽協(xié)同作用，無(wú)需外加能量，常溫中性pH條件下即能達(dá)到反應(yīng)所需條件，相比于均相過(guò)硫酸鹽體系，非均相過(guò)硫酸鹽體系能夠持續(xù)不斷地提供硫酸根自由基，從而持續(xù)降解水中的有機(jī)污染物。3、本專(zhuān)利技術(shù)的制備方法制備的缺氧位鐵酸銅催化劑較還原前的鐵酸銅催化劑能夠有效催化過(guò)硫酸鹽，能夠有效提供電子轉(zhuǎn)移達(dá)到鐵酸銅不能達(dá)到的催化效果。4、本專(zhuān)利技術(shù)制備的缺氧位鐵酸銅催化劑還原后依然保留了鐵酸銅的磁性，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的磁選達(dá)到分離。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例1制備的第一組分的表面的電子顯微鏡照片。圖2是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例1最終得到的缺氧位鐵酸銅催化劑的電子顯微鏡照片。圖3是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例1中不同體系處理水中撲熱息痛的效果圖。具體實(shí)施方式以下通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。實(shí)施例1(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：2：3.5；總體積為200ml，硝酸銅的摩爾濃度0.025mol/L。(2)將步驟(1)所得的溶液在60℃油浴磁力攪拌4h，待溶液剩約100mL時(shí)，將溶液置于70℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)步驟(2)所得的凝膠在300℃煅燒2h脫膠，自然冷卻研磨后得如圖1所示第一組分；(4)將第一組份放置在300℃氫氣氛圍內(nèi)還原3h，待自然冷卻后取出得到如圖2所示缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊校幌蚍磻?yīng)器中加入100mL含有100ppm的撲熱息痛溶液，向溶液中加入過(guò)硫酸鈉和缺氧位鐵酸銅催化劑，使其濃度分別為0.8g/L和0.3g/L。用高效液相色譜檢測(cè)處理效果，如圖3所示，在25℃和pH值為6.5條件下。撲熱息痛60min后的降解率為92％。實(shí)施例2(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：2：4；總體積為200ml，硝酸銅的摩爾濃度0.025mol/L。(2)將步驟(1)所得的溶液在70℃油浴磁力攪拌4h，待溶液剩約50mL時(shí)，將溶液置于60℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)步驟(2)所得的凝膠在500℃煅燒3h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分；(4)將第一組份放置在400℃氫氣氛圍內(nèi)還原1h，待自然冷卻后取出得到缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊校粚?shí)施例3(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：2：3.5；總體積為200ml，硝酸銅的摩爾濃度0.025mol/L。(2)將步驟(1)所得的溶液在50℃油浴磁力攪拌6h，待溶液剩約75mL時(shí)，將溶液置于80℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)步驟(2)所得的凝膠在200℃煅燒5h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分；(4)將第一組份放置在200℃氫氣氛圍內(nèi)還原8h，待自然冷卻后取出得到缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊校粚?duì)比例1使用相同體系，向反應(yīng)器中加入100mL含有100ppm的撲熱息痛溶液，向溶液中加入過(guò)硫酸鈉，使其濃度分別為0.8g/L，加入第一組份制得鐵酸銅催化劑。用高效液相色譜檢測(cè)處理效果，如圖3所示，在25℃和pH值為6.5條件下。撲熱息痛60min后的降解率為5％。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：1.5～2.5：2～5；(2)將步驟(1)所得的溶液在40?80℃油浴磁力攪拌3～7h，待溶液剩約原體積的二分之一至四分之一時(shí)，將溶液置于50?90℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)將步驟(2)所得的凝膠在150?600℃煅燒2～6h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分；(4)將第一組份放置在100～500℃氫氣氛圍內(nèi)還原1～10h，待自然冷卻后取出得到所述磁性缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊小?

【技術(shù)特征摘要】
1.一種磁性缺氧位鐵酸銅催化劑的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：(1)將硝酸銅和硝酸鐵加入去離子水中，待溶解后再加入檸檬酸，上述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：1.5～2.5：2～5；(2)將步驟(1)所得的溶液在40-80℃油浴磁力攪拌3～7h，待溶液剩約原體積的二分之一至四分之一時(shí)，將溶液置于50-90℃烘箱內(nèi)干燥至形成凝膠；(3)將步驟(2)所得的凝膠在150-600℃煅燒2～6h脫膠，自然冷卻研磨后得第一組分；(4)將第一組份放置在100～500℃氫氣氛圍內(nèi)還原1～10h，待自然冷卻后取出得到所述磁性缺氧位鐵酸銅催化劑，保存于氮?dú)夥諊小?.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述硝酸銅、硝酸鐵、檸檬酸的摩爾比為1：1.5～2.5：2～5。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)為：所得的溶液在50-70℃油浴磁力攪拌4～6h，待溶液剩約原體積的二...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：洪俊明，張圓春，張倩，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華僑大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：福建,35