專利名稱：一種以α-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種以a-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法，涉及 納米材料、催化臭氧化和污水處理，屬于環(huán)境催化和水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，含有機(jī)污染物的污水排放量日益增多，尤其是來 自化學(xué)化工、農(nóng)藥、印染等行業(yè)的污水，含有多種毒害大、難降解的芳香類有機(jī)污染 物成分，給生態(tài)環(huán)境和人民生命安全、健康帶來了極大的威脅。其中苯酚是一種典型 的污染物，被美國環(huán)境保護(hù)署列為優(yōu)先控制的污染物之一，對(duì)該類廢水的處理受到日
益重視。
催化夷氧化在常溫常壓下反應(yīng)，操作方便、氧化能力強(qiáng)，在有機(jī)廢水處理中應(yīng)用 前景廣闊，其關(guān)鍵是高效催化劑的開發(fā)，在固體催化劑表面發(fā)生的多相催化因?yàn)槠淇?以多次使用、避免二次污染而成為該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)槎嘞啻呋粞趸浅爻?壓下的多相(固相一氣相一液相)反應(yīng)，體系中水占絕對(duì)主體，有機(jī)污染物、臭氧和 催化劑的含量相對(duì)而言都很低，所以催化劑的比表面積以及在水中的分散性對(duì)于催化 性能極為重要。
納米材料因?yàn)槌叨刃?、分散性好、比表面積大，有助于提高催化效率，納米催化 劑在催化臭氧化的研究正在引起國際上關(guān)注。目前報(bào)道的納米催化劑以二氧化鈦、氧 化鋅等無機(jī)納米材料居多。
(x-FeOOH是常見的無機(jī)材料，表面羥基密集、價(jià)廉易得，在催化臭氧化中具有潛 在的應(yīng)用價(jià)值，馬軍等深入研究了羥基氧化鐵在催化臭氧化處理給水中的低濃度有機(jī) 污染物，并獲得了授權(quán)專利(專利號(hào)ZL200410013597.X)。開發(fā)高比表面、尺度小的新 型a-FeOOH納米催化劑，對(duì)于研究a-FeOOH在臭氧化污水水處理中的應(yīng)用、促進(jìn)納米 材料的實(shí)用化具有重要的意義。為此，在本發(fā)明中提出將a-FeOOH納米材料用作臭氧 化催化劑，在國際上尚屬首次。
本文主要提供a-FeOOH納米催化劑在臭氧化污水處理中的使用方法，以及該納米催化劑的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
一種以a-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法，其特征在于在臭 氧化處理含有機(jī)污染物廢水的體系中，添加(x-FeOOH納米材料作為催化劑，加快污染 物的降解。
隨著具體處理?xiàng)l件的不同，比如溫度、攪拌速率、污水中有機(jī)污染物濃度、催化 劑添加量等，催化效果會(huì)有所不同。本發(fā)明所提出的以a-FeOOH納米材料作為催化劑 的臭氧化污水處理方法，通常在0-40。C的較低溫度下進(jìn)行，添加a-FeOOH納米材料 的質(zhì)量與所處理污水的質(zhì)量之比為0.0001-0.05.
本發(fā)明中采用的a-FeOOH納米催化劑，為納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑約10~30 nm，長 度約40 150nm。本發(fā)明中的a-FeOOH納米催化劑，采用的是簡(jiǎn)便、綠色的合成路線 得到的僅以雙氧水和硫酸亞鐵為原料，在無任何有機(jī)溶劑、表面活性劑、模板劑的 情況下，借助a-FeOOH晶體結(jié)構(gòu)的低溫生長，制備結(jié)構(gòu)規(guī)則均一的a-FeOOH納米棒 多孔結(jié)構(gòu)。該方法的具體步驟是(1)將FeSCV7H20溶解在水中，在攪拌下加入11202， 在空氣中攪拌、逐漸形成黃色渾濁料漿；(2)將黃色渾濁料漿轉(zhuǎn)移到耐壓反應(yīng)釜中， 密封后在150。C下水熱反應(yīng)，然后自然冷卻；(3)將所得產(chǎn)物用水洗滌數(shù)次，于80 。C下加熱烘干，得到黃色粉體即為目標(biāo)產(chǎn)物。
本發(fā)明提出的a-FeOOH納米催化劑及其臭氧化污水處理方法具有以下顯著特點(diǎn)
(1) 所得a-FeOOH納米催化劑尺度小、分散性好，有助于獲得較好的催化效率；
(2) a-FeOOH納米催化劑的制備方法操作簡(jiǎn)便，綠色無污染，容易實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模 的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。


圖l是本發(fā)明所用a-FeOOH納米催化劑的XRD圖譜。 圖2 (包括a,b)是本發(fā)明所用a-FeOOH納米催化劑的透射電鏡照片。 圖3是苯酚在a-FeOOH納米催化劑催化臭氧化(b曲線)與無催化劑的單獨(dú)臭氧化 (a曲線)下的降解情況。
圖4是苯酚溶液的COD在a-FeOOH納米催化劑催化臭氧化(b曲線)與無催化劑的單獨(dú)臭氧化(a曲線)下的去除情況。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以處理含苯酚水為例，來說明其催化效果與實(shí)施方式，但本發(fā)明的范圍不
限于此。
實(shí)施例l
將0.70 g FeS04'7H20溶解在21.0 ml水中，在攪拌下加入6.0 ml 30% H202，在空
氣中攪拌20分鐘，逐漸形成黃色渾濁料漿；將黃色渾濁料漿轉(zhuǎn)移到48.0ml的反應(yīng)釜 中，密封后在150。C下水熱反應(yīng)6小時(shí)，然后自然冷卻；將所得產(chǎn)物用水洗滌數(shù)次， 于80 。C下加熱4小時(shí)烘干，得到黃色粉體即為目標(biāo)產(chǎn)物a-FeOOH納米催化劑。其 XRD衍射圖譜如圖1所示，TEM照片如圖2所示。
實(shí)施例2
按照本發(fā)明中所提到的方法，制備得到a-FeOOH納米催化劑。苯酚的臭氧化降解 實(shí)驗(yàn)采用半連續(xù)反應(yīng)模式，反應(yīng)溫度控制在20。C。臭氧由氧氣通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生， 氧氣氣流為5mlmin人臭氧流量為0.30 mg min"。具體步驟是，在溫度控制和攪拌下， 0.12 g催化劑和120 ml初始濃度為100 mg L"的模擬廢水在燒瓶中混合。然后在燒瓶底 部連續(xù)通入臭氧開始反應(yīng)，每隔15分鐘取出3.0ml樣品離心、分析。同等條件下做不 加催化劑的單獨(dú)臭氧化對(duì)照試驗(yàn)，苯酚隨時(shí)間的降解曲線如圖3所示，COD隨時(shí)間的 降低如圖4所示。
權(quán)利要求
1、一種以α-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法，其特征在于將α-FeOOH納米材料作為催化劑加入到臭氧化污水處理體系中，促進(jìn)有機(jī)污染物的降解。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的以a-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法， 其特征在于所用a-FeOOH納米材料釆用如下步驟制備得到(1)將FeSCV7H20溶解 在水中，在攪拌下加入11202，在空氣中攪拌、逐漸形成黃色渾濁料槳；(2)將黃色渾 濁料漿轉(zhuǎn)移到耐壓反應(yīng)釜中，密封后在150。C下水熱反應(yīng)，然后自然冷卻；(3)將所 得產(chǎn)物用水洗滌數(shù)次，于80。C下加熱烘干，得到黃色粉體即為目標(biāo)產(chǎn)物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以a-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方 法，其特征在十在0-40。C的較低溫度下進(jìn)行。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以a-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方 法，其特征在于添加a-FeOOH納米材料的質(zhì)量與所處理污水的質(zhì)量之比為0.0001-0.05。
全文摘要
臭氧化處理污水體系中，污染物、催化劑和臭氧濃度都較低，三者的接觸對(duì)于反應(yīng)速率非常重要。納米材料尺度小、比表面積大、分散好，具有重要的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明提出一種以α-FeOOH納米材料作為催化劑的臭氧化污水處理方法，加快了臭氧化處理水中苯酚的速率，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/78GK101591059SQ20091003217
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者張愛民, 王光麗, 董玉明, 蔣平平 申請(qǐng)人:江南大學(xué)