CN100486909C - 以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法 - Google Patents

Abstract

以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法，属于氧化铈纳米粒子的应用技术领域。特征在于首先采用水热法制得氧化铈纳米粒子粉末；然后在活性蓝染料废水中加入氧化铈纳米粒子粉末，经光照降解活性蓝染料废水。本方法催化剂制备工艺简单，无需煅烧、无需负载，产品纯度高；降解操作工艺简单，条件容易控制，降解速度快，常温常压光照下即可反应，节省能耗。

Description

以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法

技术领域

本发明属于氧化铈纳米粒子的应用技术领域，特别是提供了一种以氧化铈纳米粒子作为催化剂降解活性蓝染料废水的方法。

背景技术

纳米CeO₂是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物催化剂，具有较为独特的晶体结构、较高的储氧能力(OSC)和释放氧的能力、较强的氧化-还原性能，是一种廉价且用途极广的工业材料。它可以作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的氧离子导体的主要基体材料，可以用作发光材料、电子陶瓷、玻璃的抛光剂及玻璃脱色澄清剂，可以用作汽车尾气净化方面的三元催化助剂，也是超导体、陶瓷、石油裂解催化剂和均相催化剂的重要组成成分，因而受到了人们极大的关注，一些研究成果已应用于工业催化领域。染料废水是目前公认的有害工业废水，全世界每年以废弃物形式向环境中排放染料约60000吨左右，由于染料废水中活性染料的含量很高而且很难生物降解，如果不经过处理就排放，不仅直接危害人体健康，而且严重破坏水体、土壤及生态系统水，对环境影响非常大。而在我国，据不完全统计，印染企业每天排放废水量300-400万吨，而目前染料废水的治理率不足60％，因此研究其有效的处理方法具有重要的现实意义。目前，一般采用改性的纳米TiO₂作为光催化剂降解染料废水，例如：在Catalysis Today，2002，76(2-4)：235-246中，CristianLizama等人用二氧化钛和氧化锌作光催化剂降解活性蓝溶液；在Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2007，261：131-138中，在Jingyi Li等人用纳米二氧化钛在紫外和可见光下降解染料污染物。但这些方法催化剂制备工艺复杂，降解条件要求苛刻，光照利用不充分，很难实现工业化。鉴于上述应用过程中存在的问题，探索一种制备工艺简单易行、降解条件容易控制的新型催化剂是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铈纳米粒子作为催化剂降解活性蓝染料废水的方法，解决了降解活性蓝染料废水的催化剂制备工艺复杂，降解条件要求苛刻，降解效率不高，光照利用不充分，很难实现工业化等问题。

本发明的技术方案是首先采用水热法制得氧化铈纳米粒子，然后将氧化铈纳米粒子放入活性蓝染料废水中，经光照降解活性蓝染料废水，其工艺步骤如下：

1、制备反应混合液

配制0.1-0.5mol/L的铈盐溶液和0.1-1.5mol/L浓度的碱液，取5-70mL配制好的铈盐溶液放入烧杯中，加入模板剂，搅拌，再滴加5-30mL的碱液混合搅拌，制备得到反应混合液；

2、水热法制得氧化铈纳米粒子

将步骤1制备的反应混合液放入高压聚四氟乙烯反应罐中，在烘箱中80-200℃反应4-36h，冷却至室温。反应后的溶液分别用去离子水、无水乙醇洗涤1-5次，离心分离，在40-80℃下干燥6-24h，研磨，得到氧化铈纳米粒子粉末；

3、降解活性蓝染料废水

配制50-150mg/L的活性蓝溶液，取40-100ml放入锥形瓶中，加入步骤2制备的氧化铈纳米粒子粉末，在光照下搅拌1-10h，离心分离，得到降解后的溶液。

本发明所述的铈盐溶液为Ce(NO₃)₃、Ce(Ac)₃、Ce(SO₄)₂中的任何一种；所述的碱液为NaOH、NaAc、(NH₂)₂CO、NH₃·H₂O中的任何一种或其任意2-3种的混合物；所述的模板剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)、曲拉通X-100(TX-100)中的任何一种或其任意2-3种的混合物；所述光照光源为自然光、日光灯、紫外灯、氙灯中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

由于采用纳米氧化铈作为催化剂，样品制备工艺简单，无需煅烧、无需负载，产品纯度高；另外，降解操作工艺简单，条件容易控制，降解速度快，常温常压光照下即可反应，节省能耗。

附图说明

图1为本发明制备氧化铈纳米粒子及使用其降解活性蓝染料废水的流程示意图。

图2为本发明实施例1中纳米CeO₂粉体的XRD谱图。

图3为本发明实施例1中纳米CeO₂粉体的TEM(200K)相片。

图4为本发明实施例1中活性蓝染料溶液降解前后紫外吸收谱图。

具体实施方式

实施例1

配制0.1mol/L的Ce(NO₃)₃溶液和0.4mol/L的NaAc溶液，取10ml的0.1mol/LCe(NO₃)₃溶液放入烧杯中，加入2.73gCTAB搅拌，再加入10ml的0.4mol/L NaAc溶液，混合搅拌。之后将混合液放入高压聚四氟乙烯反应罐中，在烘箱中180℃反应6h，炉内冷却至室温。取出反应后的溶液，分别用去离子水、无水乙醇洗涤3次，离心分离，干燥研磨，得到氧化铈纳米粒子粉末。配制100mg/L的活性蓝溶液，取40ml放入锥形瓶中，加入制备好的氧化铈纳米粒子粉末，在自然光下搅拌5h，离心分离，得到降解后的溶液。

对所得氧化铈纳米粒子粉体进行X-射线衍射分析，结果如图2所示，图中出现的衍射峰均为CeO₂的特征衍射峰，确认得到的产物是CeO₂，并且产物中无任何杂质。

产物的TEM透射电镜照片如图3所示，从图中可以看出，此方法制得的CeO₂为纳米粒子，粒径在15-25nm，晶形为立方萤石结构，并且分散性好、形貌规整。

对降解前后的活性蓝染料溶液进行紫外吸收测试，结果如图4所示，从图中可以看出，降解后活性蓝染料溶液在590nm的吸收峰强度明显减弱，说明溶液颜色变浅，溶于水的染料大部分被降解。

实施例2

采用与实施例1相同的反应物和方法，在烘箱中150℃反应24h，同样可制备得到粒径在纳米级的CeO₂粉体，可降解活性蓝染料废水。

实施例3

以Ce(Ac)₃和H₂O为反应物，采用与实施例1相同的条件和方法，同样可制备得到粒径在纳米级的CeO₂粉体，可降解活性蓝染料废水。

实施例4

以Ce(NO₃)₃和NaOH为反应物，采用与实施例1相同的条件和方法，同样可制备得到粒径在纳米级的CeO₂粉体，可降解活性蓝染料废水。

实施例5

与实施例1相同条件制备得到纳米级的CeO₂粉体，加入到活性蓝染料溶液中，在日光灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大部分被降解的溶液。

实施例6

与实施例1相同条件制备得到纳米级的CeO₂粉体，加入到活性蓝染料溶液中，在紫外灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大部分被降解的溶液。

实施例7

与实施例1相同条件制备得到纳米级的CeO₂粉体，加入到活性蓝染料溶液中，在氙灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大部分被降解的溶液。

Claims (5)

1、一种以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法，其特征在于，工艺步骤为：

(1)制备反应混合液

配制0.1-0.5mol/L的铈盐溶液和0.1-1.5mol/L浓度的碱液，取5-70mL配制好的铈盐溶液放入烧杯中，加入模板剂，搅拌，再滴加5-30mL的碱液混合搅拌，制备得到反应混合液；

(2)水热法制得氧化铈纳米粒子

将步骤(1)制备的反应混合液放入高压聚四氟乙烯反应罐中，在烘箱中80-200℃反应4-36h，冷却至室温；反应后的溶液分别用去离子水、无水乙醇洗涤1-5次，离心分离，在40-80℃下干燥6-24h，研磨，得到氧化铈纳米粒子粉末；

(3)降解活性蓝染料废水

配制50-150mg/L的活性蓝溶液，取40-100ml放入锥形瓶中，加入步骤(2)制备的氧化铈纳米粒子粉末，在光照下搅拌1-10h，离心分离，得到降解后的溶液。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铈盐溶液为Ce(NO₃)₃、Ce(Ac)₃、Ce(SO₄)₂中的任何一种。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的碱液为NaOH、NaAc、(NH₂)₂CO、NH₃·H₂O中的任何一种或其任意2-3种的混合物。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的模板剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、曲拉通X-100中的任何一种或其任意2-3种的混合物。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光照光源为自然光、日光灯、紫外灯或氙灯。

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