利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及制備類芬頓催化劑的方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]苯酚作為有毒、有害、難生物降解有機(jī)污染物，廣泛應(yīng)用于樹脂、染料、醫(yī)藥、油漆、石油化工、殺蟲劑等工業(yè)產(chǎn)品的合成。苯酚的廣泛使用導(dǎo)致工業(yè)廢水的污染，長(zhǎng)期接觸苯酚可麻痹人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及損壞腎、肺器官，已被列為致畸形、致癌物質(zhì)名單。傳統(tǒng)的污水處理方法如物理吸附、生物處理等無法處理難降解污染物，因此清潔高效污水處理技術(shù)獲得了廣泛的研究。
[0003]高級(jí)氧化技術(shù)可利用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的羥基自由基來高效降解各類有機(jī)污染物，最終礦化為二氧化碳和水。在高級(jí)氧化技術(shù)當(dāng)中，芬頓氧化法利用Fe2+和H2O2在一定的pH條件下，F(xiàn)e2+催化分解H2O2產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基來處理有機(jī)污染物，具有清潔高效、操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛的研究及應(yīng)用。
[0004]傳統(tǒng)的芬頓氧化法存在催化劑回收利用難、適用pH范圍窄、降解中易產(chǎn)生鐵泥等缺點(diǎn)。為了克服均相芬頓中存在的缺點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)展了類芬頓氧化法，目前，類芬頓氧化法主要采用零價(jià)鐵、含鐵礦物、氧化鋁及分子篩載鐵及其氧化物作為異相催化劑，但所報(bào)道的類芬頓催化劑均為粉體，催化劑使用后需過濾或離心分離，增加了操作成本。
[0005]而類芬頓膜層催化劑可很好的解決傳統(tǒng)粉體催化劑需分離回收的缺點(diǎn)，目前本人已在Q235碳鋼上制備了鐵氧化物類芬頓膜層催化劑，但該材料在降解有機(jī)物過程中存在基體鐵的溶出，為了克服基體的溶出，充分發(fā)揮膜層的催化效果，本人利用等離子體電解氧化法在耐腐蝕性的鈦合金表面制備了鐵氧化物類芬頓陶瓷膜層催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有類芬頓催化劑分離回收難和基體的溶出問題，而提供利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法和應(yīng)用。
[0007]利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法，是按以下步驟完成的:
[0008]—、鈦合金表面前處理:將鈦合金浸入到拋光液中5s?8s，得到處理后的鈦合金；使用無水乙醇對(duì)處理后的鈦合金表面沖洗3次?5次，再使用吹風(fēng)機(jī)吹干，得到拋光后的鈦合金；
[0009]步驟一中所述的拋光液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%HF和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的濃硝酸混合液；所述的拋光液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%HF與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的濃硝酸混合液的體積比為1:1;
[0010]二、將步驟一中得到的拋光后的鈦合金置于不銹鋼電解槽中的電解液中，與電源正極相連，作為陽極;不銹鋼電解槽與電源負(fù)極相連接，作為陰極；
[0011]三、采用方波電源供電，在電流密度為5A/dm2?15A/dm2、電源頻率200Hz?1500Hz、占空比30%?50%、電解液溫度15 °C?50 °C和電解液pH值為8.0?14.0的條件下進(jìn)行等離子體電解氧化反應(yīng)5min?30min，得到鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑，即完成一種利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法；
[0012]步驟三中所述的電解液由鋁酸鈉、次亞磷酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉和水組成；所述的電解液中鋁酸鈉的濃度為5g/L?20g/L;所述的電解液中次亞磷酸鈉的濃度為0.5g/L?2g/L;所述的電解液中硫酸亞鐵濃度lg/L?10g/L;所述的電解液中酒石酸鉀鈉濃度2g/L?15g/L0
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0014]—、本發(fā)明的電解液體系簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且制備工藝簡(jiǎn)單；
[0015]二、本發(fā)明首次利用等離子電解氧化法在鈦合金上制備了鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑；
[0016]三、本發(fā)明制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的膜層為粗糙的灰黑色膜層；
[0017]四、本發(fā)明可大規(guī)模生產(chǎn)鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑；
[0018]五、本發(fā)明制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑在90min內(nèi)對(duì)苯酚的降解效率可達(dá)96%，并且總鐵溶出量滿足排放水標(biāo)準(zhǔn)。
[0019]本發(fā)明可獲得利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法和應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例一制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的XRD圖；
[0021 ]圖2為實(shí)施例一制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的SEM圖；
[0022]圖3為實(shí)施例一步驟三得到的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑降解含有苯酚的廢水時(shí)降解效率曲線；
[0023]圖4為實(shí)施例一步驟三得到的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑降解含有苯酚時(shí)總鐵溶出量隨時(shí)間的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法是按以下步驟完成的:
[0025]一、鈦合金表面前處理:將鈦合金浸入到拋光液中5s?8s，得到處理后的鈦合金；使用無水乙醇對(duì)處理后的鈦合金表面沖洗3次?5次，再使用吹風(fēng)機(jī)吹干，得到拋光后的鈦合金；
[0026]步驟一中所述的拋光液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%HF和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的濃硝酸混合液；所述的拋光液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%HF與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的濃硝酸混合液的體積比為1:1;
[0027]二、將步驟一中得到的拋光后的鈦合金置于不銹鋼電解槽中的電解液中，與電源正極相連，作為陽極;不銹鋼電解槽與電源負(fù)極相連接，作為陰極；
[0028]三、采用方波電源供電，在電流密度為5A/dm2?15A/dm2、電源頻率200Hz?1500Hz、占空比30%?50%、電解液溫度15 °C?50 °C和電解液pH值為8.0?14.0的條件下進(jìn)行等離子體電解氧化反應(yīng)5min?30min，得到鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑，即完成一種利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法；
[0029]步驟三中所述的電解液由鋁酸鈉、次亞磷酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉和水組成；所述的電解液中鋁酸鈉的濃度為5g/L?20g/L;所述的電解液中次亞磷酸鈉的濃度為0.5g/L?2g/L;所述的電解液中硫酸亞鐵濃度lg/L?10g/L;所述的電解液中酒石酸鉀鈉濃度2g/L?15g/L0
[0030]本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn):
[0031 ] 一、本實(shí)施方式的電解液體系簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且制備工藝簡(jiǎn)單；
[0032]二、本實(shí)施方式首次利用等離子電解氧化法在鈦合金上制備了鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑；
[0033]三、本實(shí)施方式制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的膜層為粗糙的灰黑色膜層；
[0034]四、本實(shí)施方式可大規(guī)模生產(chǎn)鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑；
[0035]五、本實(shí)施方式制備的鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑在90min內(nèi)對(duì)苯酚的降解效率可達(dá)96%，并且總鐵溶出量滿足排放水標(biāo)準(zhǔn)。
[0036]本實(shí)施方式可獲得利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法和應(yīng)用。
[0037]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:步驟三中采用方波電源供電，在電流密度為12A/dm2?15A/dm2、電源頻率200Hz?250Hz、占空比30%、電解液溫度15<€?35<€和電解液口田直為8.0的條件下進(jìn)行等離子體電解氧化反應(yīng)5111；[11?201]1；[11，得到鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑，即完成一種利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:步驟三中采用方波電源供電，在電流密度為5A/dm2?12A/dm2、電源頻率250Hz?1500Hz、占空比30%、電解液溫度35°C?50°C和電解液pH值為8.0的條件下進(jìn)行等離子體電解氧化反應(yīng)20!^11?30min，得到鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑，即完成一種利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:步驟三中采用方波電源供電，在電流密度為12A/dm2、電源頻率250Hz、占空比30 %、電解液溫度35 °C和電解液PH值為8.0的條件下進(jìn)行等離子體電解氧化反應(yīng)20min，得到鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑，即完成一種利用等離子體電解氧化法在鈦合金表面制備鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑的方法。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0040]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同點(diǎn)是:步驟三中所述的電解液由鋁酸鈉、次亞磷酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉和水組成;所述的電解液中鋁酸鈉的濃度為5g/L?10g/L;所述的電解液中次亞磷酸鈉的濃度為0.5g/L?1.5g/L;所述的電解液中硫酸亞鐵濃度lg/L?5g/L;所述的電解液中酒石酸鉀鈉濃度2g/L?8g/L。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同點(diǎn)是:步驟三中所述的電解液由鋁酸鈉、次亞磷酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉和水組成;所述的電解液中鋁酸鈉的濃度為1g/!?20g/L;所述的電解液中次亞磷酸鈉的濃度為1.5g/L?2g/L;所述的電解液中硫酸亞鐵濃度5g/L?10g/L;所述的電解液中酒石酸鉀鈉濃度8g/L?15g/L。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0042]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同點(diǎn)是:步驟三中所述的電解液由鋁酸鈉、次亞磷酸鈉、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉和水組成;所述的電解液中鋁酸鈉的濃度為10g/L；所述的電解液中次亞磷酸鈉的濃度為1.5g/L；所述的電解液中硫酸亞鐵濃度5g/L;所述的電解液中酒石酸鉀鈉濃度8g/L。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0043]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同點(diǎn)是:步驟一中將鈦合金浸入到拋光液中5s，得到處理后的鈦合金;使用無水乙醇對(duì)處理后的鈦合金表面沖洗4次，再使用吹風(fēng)機(jī)吹干，得到拋光后的鈦合金。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至七相同。
[0044]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式是鐵氧化物陶瓷膜層類芬頓催化劑用于處理含有苯酚的廢水；且所述的鐵氧化