微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及難降解有機(jī)廢水的處理技術(shù)，尤其涉及一種微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidat1n Process, AOPs)處理難降解有機(jī)廢水受到了人們的普遍關(guān)注，其中Fenton法可以氧化多種難降解污染物，成為水處理領(lǐng)域高級(jí)氧化技術(shù)的研宄熱點(diǎn)。雖然Fenton法具有反應(yīng)活性強(qiáng)、氧化效率高、反應(yīng)條件溫和及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于反應(yīng)須在酸性條件下進(jìn)行、H2O2利用效率低、Fe( II )難以重復(fù)利用及產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題，制約了 Fenton法的大規(guī)模應(yīng)用。為解決Fenton試劑存在的諸多問(wèn)題，許多研宄者提出了多種類(lèi)Fenton反應(yīng)。
[0003]微波誘導(dǎo)催化氧化是另一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)，具有無(wú)滯后效應(yīng)、無(wú)溫度梯度、降解快和降解程度高等優(yōu)點(diǎn)，利用該技術(shù)對(duì)有機(jī)廢水的處理效果較為理想。將微波與類(lèi)Fenton技術(shù)相結(jié)合，是提高類(lèi)Fenton效率的一條有效途徑(鄭懷禮，微波促進(jìn)類(lèi)Fenton反應(yīng)催化氧化脫色降解染料羅丹明B。光譜學(xué)與光譜分析，2009 ;汪昆平，微波誘導(dǎo)AC/Cu、AC/Fe催化非均相Fenton反應(yīng)催化降解垃圾滲濾液。環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012)。但針對(duì)該過(guò)程的類(lèi)Fenton催化劑研宄仍十分有限，為數(shù)不多的微波促進(jìn)類(lèi)Fenton反應(yīng)多相催化劑一般都是以氧化鋁、氧化鈦以及活性炭作為載體。迄今為止，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和專(zhuān)利尚無(wú)報(bào)道利用碳納米管制備過(guò)程中生成的雜質(zhì)碳為載體，負(fù)載氧化鐵作為多相類(lèi)Fenton催化劑用于微波助類(lèi)Fenton反應(yīng)降解印染廢水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備方法，旨在微波誘導(dǎo)作用下，提高該催化劑催化類(lèi)Fenton反應(yīng)的活性、從而促進(jìn)微波與類(lèi)Fenton技術(shù)結(jié)合的廣泛應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]采用甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管的副產(chǎn)物雜質(zhì)碳為原料，經(jīng)純化后作為載體，通過(guò)浸漬法負(fù)載α -氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2,采用微波輻照對(duì)甲基橙進(jìn)行降解。
[0007]上述催化劑制備的具體步驟包括:(I)以LaN13作為前驅(qū)體，以甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管，同時(shí)副產(chǎn)雜質(zhì)碳材料；(2)用50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)純化1.5g雜質(zhì)碳材料，并超聲20h后抽濾至中性；(3)將純化后的雜質(zhì)碳材料放入硝酸鐵溶液中浸漬10?20h ；(4)在100°C下干燥4h，然后于300?500°C下焙燒2?5h。
[0008]有機(jī)廢水降解過(guò)程的操作方法為:將甲基橙模擬廢水裝入反應(yīng)器中，加入適量的H2O2和催化劑后置于微波爐中，在一定微波功率下輻照。反應(yīng)結(jié)束后，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在460nm處測(cè)定其吸光度，并根據(jù)吸光度計(jì)算甲基橙的脫除率。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0010](I)本發(fā)明采用碳納米管制備過(guò)程的副產(chǎn)物雜質(zhì)碳為載體，制備負(fù)載α -氧化鐵催化劑。該催化劑具有良好吸波性能，將其應(yīng)用于微波助類(lèi)Fenton反應(yīng)體系中，可極大提高類(lèi)Fenton法處理有機(jī)廢水的能力。
[0011](2)本發(fā)明催化劑在用于微波助Fenton處理有機(jī)廢水時(shí)，在中性條件下就能達(dá)到很好的去除效果，并適用于含各種有機(jī)物廢水。
[0012](3)本發(fā)明催化劑在使用后可利用外磁場(chǎng)進(jìn)行分離回收，重復(fù)使用性能好。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為碳納米管制備過(guò)程的副產(chǎn)物雜質(zhì)碳的掃描電鏡照片，其中含有部分碳納米管。
[0014]圖2為實(shí)施例1中制備的碳載α-氧化鐵催化劑的掃描電鏡照片。
[0015]圖3為實(shí)施例1中制備的碳載α-氧化鐵催化劑的XRD譜。
[0016]圖4為不同處理方法對(duì)甲基橙脫除效果對(duì)比。
[0017]圖5為微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水后的效果照片以及催化劑在外磁場(chǎng)下分離情況。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1
[0020]將裝有10mgLaN13的石英舟放入水平管式反應(yīng)器的恒溫區(qū)，在N2保護(hù)下緩慢升溫到750°C后通入20% CH4/N2，反應(yīng)2.0h后停止通CH4，在N2保護(hù)下降溫，在石英舟與反應(yīng)管內(nèi)壁之間收集副產(chǎn)物雜質(zhì)碳，其掃描電子顯微鏡分析如圖1所示。
[0021]取1.5g雜質(zhì)碳，用配置好的50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)對(duì)其進(jìn)行純化，并超聲20h后抽濾至中性。取2.43gFe(N03)3.9Η20加入20mL去離子水中配制0.2mol/L的Fe3+溶液，放入純化后的雜質(zhì)碳浸漬20h，在100°C下干燥4h，然后于400°C下焙燒2h，即得到碳載α -氧化鐵催化劑，其掃描電子顯微鏡分析如圖2所示。
[0022]將此催化劑應(yīng)用于甲基橙模擬印染廢水處理。量取50mL濃度為20mg/L的甲基橙溶液置于反應(yīng)器中，加入0.1g催化劑和ImLH2O2，調(diào)節(jié)pH值為7，然后置于微波爐中，在微波功率為700W條件下輻照4min后取出，磁選取上清液冷卻至室溫，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在460nm處測(cè)定其吸光度。作為對(duì)比，還考察了微波協(xié)同H2O2和傳統(tǒng)加熱(80°C )助類(lèi)Fenton法對(duì)甲基橙的降解效果。如圖4所示，微波協(xié)同H2O2和傳統(tǒng)加熱助類(lèi)Fenton法對(duì)甲基橙的降解作用十分有限，而在微波輻照下，甲基橙的脫除率可達(dá)96.1%。由圖5可以看出，模擬廢水經(jīng)過(guò)降解后已基本脫色。在外磁場(chǎng)作用下，催化劑很容易從反應(yīng)體系中分離出來(lái)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]將此催化劑應(yīng)用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙的濃度改為100mg/L，其它條件與實(shí)施例1相同，甲基橙的脫除率為79.7%。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將此催化劑應(yīng)用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙濃度為100mg/L，輻照時(shí)間增加到6min，其它條件與實(shí)施例1相同，甲基橙的脫除率為95.4%。
[0027]實(shí)施例4
[0028]將此催化劑應(yīng)用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙濃度為100mg/L，輻照時(shí)間為6min，調(diào)節(jié)pH值為4，其它條件與實(shí)施例1相同，甲基橙的脫除率為98.9%。
[0029]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應(yīng)用，其特征在于采用甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管的副產(chǎn)物雜質(zhì)碳為原料，經(jīng)純化后作為載體，通過(guò)浸漬法負(fù)載α -氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2，采用微波輻照對(duì)甲基橙進(jìn)行降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)以LaN13作為前驅(qū)體，以甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管，同時(shí)副產(chǎn)雜質(zhì)碳材料； (2)用50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)純化1.5g雜質(zhì)碳材料，并超聲20h后抽濾至中性； (3)將純化后的雜質(zhì)碳材料放入硝酸鐵溶液中浸漬10?20h； (4)在100°C下干燥4h，然后于300?500°C下培燒2?5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于雜質(zhì)碳材料中含有部分碳納米管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于通過(guò)純化去除雜質(zhì)碳材料中的無(wú)定型碳，同時(shí)在其表面產(chǎn)生某些含氧官能團(tuán)，從而有利于α -氧化鐵的負(fù)載。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于碳載體和α-氧化鐵都是良好的吸波材料，氧化鐵使催化劑具有磁性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的應(yīng)用，其特征在于由微波、H2O2和催化劑組成的降解體系可將甲基橙降解為小分子有機(jī)物或礦化為CO2和1120等無(wú)機(jī)物。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微波助類(lèi)Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用甲烷為碳源在LaNiO3前驅(qū)體上原位沉積制備碳納米管的副產(chǎn)物雜質(zhì)碳為原料，經(jīng)純化處理后作為載體，通過(guò)浸漬法負(fù)載α-氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2，采用微波輻照對(duì)甲基橙進(jìn)行降解。本發(fā)明的催化劑本身有良好的微波吸收性能，同時(shí)能與H2O2耦合形成非均相類(lèi)Fenton體系，從而協(xié)同催化氧化處理含甲基橙廢水，催化效率高。本發(fā)明的碳載氧化鐵催化劑還具有磁性，使其易于分離回收、可重復(fù)使用。
【IPC分類(lèi)】C02F1-72, B01J23-745
【公開(kāi)號(hào)】CN104549279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410620523
【發(fā)明人】徐東彥, 戴萍, 程飛
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年11月6日