CN102489253B - 一种铁酸铋-碳纳米管及其制备方法和用于处理有机染料废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铁酸铋-碳纳米管及其制备方法和用于处理有机染料废水的方法，属于废水处理领域。一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法：（1）将硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇；（2）加硝酸溶液；(3)加碳纳米管、柠檬酸及乙二醇；（4）升温加热形成溶胶；（5）升温蒸发溶剂形成凝胶；（6）煅烧；（7）升温，煅烧得结晶。使用以上方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：（A）将含有机染料废水沉降取上层清液；(B)加铁酸铋-碳纳米管；(C)回收铁酸铋-碳纳米管；(D)置于微波炉中加热,铁酸铋-碳纳米管可再次投入使用。本发明的材料及方法处理染料废水的适用性强，快速节能，可与现有工艺较好嵌合。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，更具体地说，它涉及一种磁性吸附剂铁酸铋-碳纳米管及其制备方法和使用该方法制得的铁酸铋-碳纳米管快速处理有机染料废水的方法。
背景技术
水资源同能源资源和耕地资源并称为支撑我国经济社会可持续发展的三大重要战略资源。水资源的紧缺不仅来自水量的匮乏与不均，也包括水质性的破坏。随着染料纺织工业的迅速发展，染料的品种和数量不断增加,合成染料厂和印染厂每年都要排放大量的染料废水,已经成为水系环境的重点污染源之一, 有效处理这些废水是环境保护的必然要求，而染料废水水质复杂,有机污染物含量高，pH值变化大，COD、BOD差别大，不易生化降解。
物理处理的方法如吸附，不会引入其他污染，但吸附后的处理或回用往往成为难题。化学氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还对环境类激素等微量有害化学物质的处理方面有很大的优势。普通的化学氧化存在多种弊端如：氧化降解速率不够高，设备要求严苛，反应环境恶劣，对化学试剂的利用率不高，且容易造成二次污染等。同时，普通化学氧化法由于氧化能力差，反应具有选择性，难以对污染物进行完全降解。高级氧化技术诸如水热法、芬顿法、光催化法的出现克服了普通氧化法存在的不少问题，并以其独特的优点越来越引起重视。高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基、超氧自由基或空穴为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中生成的有机自由基可以继续参加链式反应，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O, 从而达到氧化分解有机物的目的。与其他传统的水处理方法相比，高级氧化法具有很多优点：反应速率快，氧化能力强，污染物降解完全（Chen, C.; Zhao, W.; Li, J.; Zhao, J.; Hidaka, H.; Serpone, N., Formation and Identification of Intermediates in the Visible-Light-Assisted Photodegradation of Sulforhodamine-B Dye in Aqueous TiO2 Dispersion. In 2002; Vol. 36, pp 3604.）。由于它是一种物理化学过程，很容易加以控制，以满足处理需要；同普通的化学氧化法相比，高级氧化法能在很短时间内达到处理要求；既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如作为生化处理的预处理，可降低处理成本。但相应地往往具有能耗过高，不利于实用的缺点，同时也保留了化学方法可能造成二次污染的弱点。
因此，对高级氧化法进行一定程度上的改进，降低能耗，减少二次污染就成为一种极具利用价值的方法。以近年来受到广泛关注的微波诱导反应为例，虽然有许多研究发现微波可以迅速降解污染物，但由于水分子具有较大的偶极矩，对微波有很强的吸收，因此利用微波方法直接进行废水处理需要消耗大量的能量。利用微波处理固体物质如吸附剂或絮凝剂能避免微波能量被直接转化为热能。这个过程同时也是吸附剂活化的过程。与此同时，碳纳米管作为良好的吸附材料，得到了广泛的研究（Ji, L. L.; Chen, W.; Duan, L.; Zhu, D. Q. Mechanisms for strong adsorption of tetracycline to carbon nanotubes: A comparative study using activated carbon and graphite as adsorbents In 2009; Vol. 43, pp 2322.），但其应用始终受限于回收上的难度以及直接排入水体中可能带来的纳米毒性。利用表面负载磁性物质如四氧化三铁或铁酸铋等较稳定的磁性材料，能够保证原有吸附能力的基础上利用磁性回收纳米材料。
铁酸铋具有适中磁性的软磁性材料。软磁性材料在有废水处理反应时不会影响铁制容器的使用，而又可以在反应后通过磁性回收。铁酸铋是一种常温稳定的氧化剂，常温下几乎不与有机污染物反应，被研究认为是种固相芬顿反应的催化剂，可以据此其氧化有机污染物的反应为固相界面反应。但芬顿反应需要较多量的水以保证反应迅速进行，减少双氧水的浪费，在含水量较少的吸附剂活化过程中并不适用，且微波活化过程相比一般芬顿过程快很多，因此，考虑到在正常工艺中能够参与反应的铁酸铋往往是过量的，利用微波活化具有很大的优势。前人的研究和我们的研究都表明（Chen, H.; Yang, S.; Yu, K.; Ju, Y.; Sun, C. Effective Photocatalytic Degradation of Atrazine over Titania-Coated Carbon Nanotubes (CNTs) Coupled with Microwave Energy In 2011; Vol. 115, pp 3034.），在微波活化的过程中，碳基材料例如碳纳米管等能很好地吸收微波能量，起到活性位点的作用。本实验室曾发现以纳米四氧化三铁负载在碳纳米管上对有机物进行芬顿处理可以得到很好的效果（Hu, X. B.; Liu, B. Z.; Deng Y. H.; Chen, H. Z. Adsorption and heterogeneous Fenton degradation of 17α-methyltestosterone on nano Fe3O4/MWCNTs in aqueous solution. In 2011; Vol. 107, pp 274），但芬顿处理方法速度较慢且需要使用溶解性化学药剂。同样也有采用微波处理吸附了污染物的活性炭（Jou, G. C. J., Application of activated carbon in a microwave radiation field to treat trichloroethylene. In 1998; Vol. 36, pp 1643）及碳化硅材料（ Pallavkar, S.; Kim, T.-H.; Lin, J.; Hopper, J.; Ho, T.; Jo, H.-J.; Lee, J.-H., Microwave-Assisted Noncatalytic Destruction of Volatile Organic Compounds Using Ceramic-Based Microwave Absorbing Media. In 2010; Vol. 49, pp 8461），但这些方法都是利用高温处理，速度较慢，可能造成二次污染，也不适合家庭使用。目前对铁酸铋的研究局限于用于制备磁性材料以及相关研究，因此尚无水处理技术涉及以铁酸铋为磁性媒介及氧化剂的研究。
发明内容
要解决的问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种铁酸铋-碳纳米管及其制备方法和用于处理有机染料废水的方法，其所制备得到的纳米复合材料——铁酸铋-碳纳米管，可应用于常温吸附、磁性回收和微波辐照下快速活化处理有机染料废水，可在较短时间内达到脱色、降解、除去染料的目的。
技术方案
本发明的原理：本发明研发了一种新型复合材料铁酸铋-碳纳米管，并提出了一套立足于磁性吸附剂吸附回收并在微波作用下快速氧化处理染料废水的流程方法。以铁酸铋-碳纳米管作为磁性吸附剂，铁酸铋在吸附过程中是稳定的磁性位点，便于吸附剂回收，而在活化反应过程中则可以作为固相氧化剂，造成最小程度的金属离子流失；碳纳米管作为高效的吸附位点，在微波活化时作为微波吸收剂。作为复合材料的铁酸铋-碳纳米管可以利用多种方法可以合成，此处利用柠檬酸辅助燃烧溶胶凝胶法。
其具体技术方案如下：
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.3-0.5 mol/L；可以得到溶解态的铁离子和铋离子，且摩尔数是1:1。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.1-0.2mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.05%-0.2%，调节pH至5-7范围内；调节pH是为了提供合适的铁酸铋晶体生长环境。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/3-2/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌两个小时以上，以保证铁酸铋在碳纳米管表面生长。
（4）升温至55-65°C并保持在该温度，搅拌一个小时以上形成溶胶。
（5）升温至85-105°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀。
（6）将粉末在250℃-300℃温度下，煅烧5-10分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子，以防止煅烧时发生晶格掺杂或升温不均；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至500°C -600°C并保持在该温度，煅烧2.5-4个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
一种由上述方法制的得铁酸铋-碳纳米管。
铁酸铋-碳纳米管用于处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液；以去除大颗粒物质。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管，以分离吸附染料后的铁酸铋-碳纳米管，便于进一步处理。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热10-50min，在此条件下，利用铁酸铋的氧化性矿化吸附的染料,回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。
优选地，在所述步骤（D）中，所述回收的铁酸铋-碳纳米管在使用3-5次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收并置于500°C-600°C条件下进行煅烧，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。以将表面经过多次微波反应之后被还原的铁酸铋重新转化为原有的铁酸铋。
优选地，在所述步骤（D）中，使用3-5次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收铁酸铋-碳纳米管并添加20-35%体积浓度的双氧水在微波中进行步骤（D）处理，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。以将表面经过多次微波反应之后被还原的铁酸铋重新转化为原有的铁酸铋。
优选地，步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为0.1g/L-10g/L。从经济上的考虑，尽管理论上材料投加量只受容器容积和废水浓度的影响，但考虑到在常见浓度下吸附剂往往是过量的，过小的投加量会延长吸附时间，并影响回收效果，而较大的投加量提高了处理成本，故往往控制投加浓度为0.1-10g/L。
有益效果
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
（1）本发明的材料铁酸铋-碳纳米管及废水处理方法处理染料废水的适用性强，快速节能，可以与现有工艺较好嵌合，铁酸铋-碳纳米管在微波作用下具有很强的氧化能力，能氧化不同种类有机染料，并且降解速度很快，TOC下降显著；
（2）吸附剂铁酸铋-碳纳米管成本低廉，易回收易活化，易于大规模生产使用，整套处理系统的运行时间短，总成本低，能耗低，经济性高；
（3）相比光催化等方法受染料浓度色度影响较小；
（4）由于本方法采用家用微波炉作为频率，因此可以在环境风险事故发生时紧急投放磁性吸附剂，并利用家用微波炉来净化修复水源水中的少量有机污染物，大大减少了设备的投入，提高了实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.3mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.1mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.05%，调节pH至5。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌2个小时。
（4）升温至55°C并保持在该温度，搅拌1个小时形成溶胶。
（5）升温至85°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀；
（6）将粉末在250℃温度下，煅烧5分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至500°C并保持在该温度，煅烧2.5个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为0.1g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热10min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。在所述步骤（D）中，所述回收的铁酸铋-碳纳米管在使用3次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收并置于500°C条件下进行煅烧，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
实施例2
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.5 mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.2mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.2%，调节pH至7。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积2/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌2.5个小时。
（4）升温至65°C并保持在该温度，搅拌1.5个小时形成溶胶。
（5）升温至105°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀。
（6）将粉末在300℃温度下，煅烧10分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至600°C并保持在该温度，煅烧4个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为10g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热50min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。
在所述步骤（D）中，所述回收的铁酸铋-碳纳米管在使用5次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收并置于600°C条件下进行煅烧，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
实施例3
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.4 mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.15mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.15%，调节pH至6。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/2的乙二醇作为分散剂，继续搅拌3个小时。
（4）升温至60°C并保持在该温度，搅拌一个小时以上形成溶胶。
（5）升温至90°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀。
（6）将粉末在270℃温度下，煅烧8分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至550°C并保持在该温度，煅烧3个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为5g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热30min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。
在所述步骤（D）中，所述回收的铁酸铋-碳纳米管在使用4次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收并置于550°C条件下进行煅烧，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
实施例4
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.3mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.1mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.05%，调节pH至5。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌2个小时。
（4）升温至55°C并保持在该温度，搅拌1个小时形成溶胶。
（5）升温至85°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀；
（6）将粉末在250℃温度下，煅烧5分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至500°C并保持在该温度，煅烧2.5个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为0.1g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热10min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。在所述步骤（D）中，使用3次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收铁酸铋-碳纳米管并添加20%体积浓度的双氧水在微波中进行步骤（D）处理，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
实施例5
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.5 mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.2mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.2%，调节pH至7。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积2/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌2.5个小时。
（4）升温至65°C并保持在该温度，搅拌1.5个小时形成溶胶。
（5）升温至105°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀。
（6）将粉末在300℃温度下，煅烧10分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至600°C并保持在该温度，煅烧4个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为10g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热50min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。在所述步骤（D）中，使用5次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收铁酸铋-碳纳米管并添加35%体积浓度的双氧水在微波中进行步骤（D）处理，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
实施例6
一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.4 mol/L。
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.15mol/L 浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.15%，调节pH至6。
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/2的乙二醇作为分散剂，继续搅拌3个小时。
（4）升温至60°C并保持在该温度，搅拌一个小时以上形成溶胶。
（5）升温至90°C并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀。
（6）将粉末在270℃温度下，煅烧8分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；所述步骤（6）中是将粉末置于电阻炉中煅烧。
（7）升温至550°C并保持在该温度，煅烧3个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
使用以上制备方法制得的铁酸铋-碳纳米管处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液。
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为5g/L。
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管。
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热30min，在此条件下，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。在所述步骤（D）中，使用4次后，在铁酸铋-碳纳米管进行下一次使用的（C）步骤中回收铁酸铋-碳纳米管并添加25%体积浓度的双氧水在微波中进行步骤（D）处理，以恢复铁酸铋-碳纳米管原有的磁性。
Claims (5)
1.一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其步骤为：
（1）将同样摩尔数的硝酸铁和硝酸铋溶解于纯2-甲氧基乙醇中使硝酸铁和硝酸铋的浓度均为0.3-0.5mol/L；
（2）边搅拌边在步骤（1）形成的溶液中加入0.1-0.2mol/L浓度的硝酸溶液，所加硝酸溶液的体积为2-甲氧基乙醇的0.05%-0.2%，调节pH至5-7范围内；
（3）边搅拌边在步骤（2）溶液中加入碳纳米管、与硝酸铁相同摩尔数的柠檬酸以及为2-甲氧基乙醇体积1/3-2/3的乙二醇作为分散剂，继续搅拌两个小时以上；
（4）升温至55-65℃并保持在该温度，搅拌一个小时以上形成溶胶；
（5）升温至85-105℃并保持在该温度，蒸发溶剂以形成凝胶，取出凝胶研磨至粉末状混匀；
（6）将粉末在250℃-300℃温度下，煅烧5-10分钟以去除有机溶剂和硝酸根离子；
（7）升温至500℃-600℃并保持在该温度，煅烧2.5-4个小时，得到结晶，即为铁酸铋-碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种制备铁酸铋-碳纳米管的方法，其特征在于，所述步骤（6）中将粉末置于电阻炉中煅烧。
3.权利要求1所述的制备铁酸铋-碳纳米管的方法制备得到的铁酸铋-碳纳米管。
4.铁酸铋-碳纳米管用于处理含有机染料废水的方法，其步骤为：
(A)将含有机染料废水格栅除渣初沉淀或自然沉降之后，取上层清液；
(B)将步骤（A）中所得清液引入到加有权利要求1中方法制得的铁酸铋-碳纳米管的反应容器中，进行搅拌或静置完成铁酸铋-碳纳米管对染料的吸附过程，充分吸附后，将磁铁靠近容器底部，此时，依靠磁铁的磁力将铁酸铋-碳纳米管吸住，倒出反应容器中的水；
(C)将磁铁移开，回收铁酸铋-碳纳米管；
(D)将回收的铁酸铋-碳纳米管浸润在水中，置于微波炉中加热10-50min，回收的铁酸铋-碳纳米管即可再次投入使用。
5.根据权利要求4所述的铁酸铋-碳纳米管用于处理含有机染料废水的方法，其特征在于,步骤(B)中添加的铁酸铋-碳纳米管的浓度为0.1g/L-10g/L。
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Granted publication date: 20130710 Termination date: 20161219 |