CN102659126A - 铁锰复合硅酸盐的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
铁锰复合硅酸盐的制备方法及其应用，它涉及一种催化剂的制备方法及其应用。本发明解决了臭氧在水中的溶解度较低且稳定，导致臭氧的利用率较低的技术问题。本方法如下：一、向碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值，磁力搅拌30min～60min，加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，再加入强碱溶液调节pH值，得到混合液；二、将混合液静沉，活化，洗涤，干燥，研磨，过筛，即得铁锰复合硅酸盐。本发明的铁锰复合硅酸盐为固态，非晶型，呈红褐色，粒径为0.1～0.5mm，在水中静置2min后可完全沉降，催化效果好，无毒无副作用，易于回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
臭氧作为一种强氧化剂，在废水处理中的应用日益受到人们的关注，但臭氧在水中的溶解度较低且小稳定，导致臭氧的利用率较低并且单独臭氧很难将有机物彻底降解为CO2和H2O从而阻碍了臭氧氧化的广泛应用。催化臭氧氧化是近年来发展起来的一种以提高臭氧利用效率为目的的高级氧化技术，是利用反应过程产生的大量强氧化性白由基氧化分解水中的有机物达到水质净化的目的。
发明内容
本发明的目的是为了解决臭氧在水中的溶解度较低且稳定，导致臭氧的利用率较低的技术问题，提供了一种铁锰复合硅酸盐的制备方法及其应用。
铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、向浓度为0.25～2.5mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值为2～6，以100r/min～300r/min的速度搅拌30min～60min，按照金属元素(Fe元素与Mn元素之和)与硅元素(Si)摩尔比为9～1∶3的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为9～1∶3，再加入强碱溶液调节pH值为8～9，得到混合液；
二、将混合液静沉10min～30min，再在30℃～80℃条件下静置活化12h～24h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在60℃～80℃下干燥，研磨过筛留下0.6mm～1.7mm粒径颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；
步骤一中所述的碱金属硅酸盐是硅酸钠、硅酸钾或偏硅酸钠；
步骤一中所述的铁盐是硝酸铁、硫酸铁或氯化铁；
步骤一中所述的锰盐是硝酸锰、氯化锰或硫酸锰；
步骤一中所述的酸溶液是浓度为1.0mol/L的硫酸或浓度为1.0mol/L的盐酸；
步骤一中所述的强碱溶液是浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液或浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。
所述铁锰复合硅酸盐作为催化剂用于水处理。
本发明铁锰复合硅酸盐为固态，非晶型，呈红褐色，粒径为0.1～0.5mm，在水中静置2min后可完全沉降，催化效果好，无毒无副作用，易于回收利用。本发明制备方法简单，原料来源丰富，反应条件温和，因此制备成本低。本发明的铁锰复合硅酸盐能促进O3分解产生羟基自由基，增加水体中自由基的生成速率和数量，提高了O3的氧化性和利用率。
附图说明
图1是实验一中对臭氧氧化和催化臭氧氧化对pCNB去除率的曲线，图中
代表催化臭氧氧化对pCNB去除率的曲线，代表臭氧氧化对pCNB去除率的曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式问的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、向浓度为0.25～2.5mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值为2～6，以100r/min～300r/min的速度搅拌30min～60min，按照金属元素(Fe元素与Mn元素之和)与硅元素(Si)摩尔比为9～1∶3的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为9～1∶3，再加入强碱溶液调节pH值为8～9，得到混合液；
二、将混合液静沉10min～30min，再在30℃～80℃条件下静置活化12h～24h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在60℃～80℃下干燥，研磨过筛留下0.6mm～1.7mm粒径颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；
步骤一中所述的碱金属硅酸盐是硅酸钠、硅酸钾或偏硅酸钠；
步骤一中所述的铁盐是硝酸铁、硫酸铁或氯化铁；
步骤一中所述的锰盐是硝酸锰、氯化锰或硫酸锰。
本实施方式制备的铁锰复合硅酸盐为固态，非晶型，呈红褐色，粒径为0.1～0.5mm，在水中静置2min后可完全沉降，催化效果好，无毒无副作用，易于回收利用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的酸溶液是浓度为1.0mol/L的硫酸或浓度为1.0mol/L的盐酸。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的强碱溶液是浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液或浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中向浓度为0.27mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中按照金属元素与硅元素摩尔比为1∶2的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为1∶3。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中在40℃～80℃条件下静置活化14h～20h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中再将沉淀物在60～80℃下干燥，干燥时间为18h～32h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式九：具体实施方式一制备的锰复合硅酸盐为催化剂用于水处理。
本实施方式中铁锰硅酸盐能促进H2O2分解转化成羟基自由基，增加水体中自由基的生成速率和数量，提高了H2O2的利用率。铁锰硅酸盐作为催化分解H2O2生成羟基自由基的催化剂，用于连续流试验中具有催化去除有机污染物活性强自身稳定性高、易于回收利用、不产生二次污染的优点。
采用下述实验验证本发明的效果：
实验一：
铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、向300mL浓度为0.27mol/L的硅酸钠水溶液中滴加浓度为0.5mol/L的硫酸，调节pH值为5，以100r/min的速度搅拌30min，加入300mL铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为2∶1，再加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为9，得到混合液；
二、将混合液静沉30min，再在80℃条件下静置活化32h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在80℃下干燥，研磨过筛留下粒径为0.6mm～1.7mm的颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；步骤一中所述的铁盐是硫酸铁；步骤一中所述的锰盐是氯化锰。
采用对比实验验证本发明对氯硝基苯(pCNB)去除效果(在静态试验中去除水中相同浓度的有机污染物对氯硝基苯(pCNB))，步骤如下：
一组单独投加臭氧，液相臭氧浓度约为2.0mg/L；另一组投加臭氧和本实验制备的铁锰复合硅酸盐，液相臭氧浓度约为2.0mg/L，铁锰复合硅酸盐投加量为300mg/L；其中两组实验中均以150r/min速度磁力搅拌，取样时间分别为0min，2min，5min，10min，15min，20min，测定出水中pCNB的含量。
两组水中对氯硝基苯(pCNB)的去除效果如图1所示。催化剂铁锰复合硅酸盐的加入使对氯硝基苯去除率(反应20min)提高了20个百分点左右，而臭氧吸附有机污染物(对氯硝基苯)量非常小，只有4％左右，另外催化臭氧氧化体系在反应时间8min左右对氯硝基苯的去除率就达到90％左右，可以大大缩小开发连续流反应器的容积，实验数据表明，所制备的催化剂(铁锰复合硅酸盐)催化臭氧氧化去除有机污染物的活性强，自身稳定性高。
实验二：
铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、以300r/min的搅拌速度向浓度为2.5mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值为6，静置60min，按照金属元素(Fe+Mn)与硅元素(Si)摩尔比为1∶3的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为1∶3，再加入强碱溶液调节pH值为9，得到混合液；
二、将混合液静沉30min，再在80℃条件下静置24h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在80℃下干燥，研磨过筛留下粒径为0.6mm～1.7mm的颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；
步骤一中所述的碱金属硅酸盐是硅酸钾；
步骤一中所述的铁盐是硫酸铁；
步骤一中所述的锰盐是氯化锰。
实验三：
铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、以200r/min的搅拌速度向浓度为1mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值为4，静置40min，按照金属元素(Fe+Mn)与硅元素(Si)摩尔比为3∶1的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为3∶1，再加入强碱溶液调节pH值为8，得到混合液；
二、将混合液静沉20min，再在50℃条件下静置18h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在70℃下干燥，研磨过筛，留下粒径为0.6mm～1.7mm的颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；
步骤一中所述的碱金属硅酸盐是偏硅酸钠；
步骤一中所述的铁盐是氯化铁；
步骤一中所述的锰盐是硫酸锰。
Claims (9)
1.铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于铁锰复合硅酸盐的制备方法如下：
一、向浓度为0.25～2.5mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液，调节pH值为2～6，以100r/min～300r/min的速度搅拌30min～60min，按照金属元素与硅元素摩尔比为9～1∶3的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液，铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为9～1∶3，再加入强碱溶液调节pH值为8～9，得到混合液；
二、将混合液静沉10min～30min，再在30℃～80℃条件下静置活化12h～24h，然后将沉淀物用去离子水洗涤至上清液的电导率和pH值不变为止，再将沉淀物在60℃～80℃下干燥，研磨过筛留下0.6mm～1.7mm粒径颗粒，即得铁锰复合硅酸盐；
步骤一中所述的碱金属硅酸盐是硅酸钠、硅酸钾或偏硅酸钠；
步骤一中所述的铁盐是硝酸铁、硫酸铁或氯化铁；
步骤一中所述的锰盐是硝酸锰、氯化锰或硫酸锰。
2.根据权利要求1所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤一中所述的酸溶液是浓度为1.0mol/L的硫酸或浓度为1.0mol/L的盐酸。
3.根据权利要求1所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤一中所述的强碱溶液是浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液或浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1、2或3所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤一中向浓度为0.27mol/L的碱金属硅酸盐水溶液中滴加酸溶液。
5.根据权利要求1、2或3所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤一中按照金属元素与硅元素摩尔比为1∶2的比例加入铁盐与锰盐组成的混合水溶液。
6.根据权利要求1、2或3所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤一中所述铁盐与锰盐组成的混合水溶液中铁元素与锰元素的摩尔比为1∶3。
7.根据权利要求1、2或3所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤二中在40℃～80℃条件下静置活化14h～20h。
8.根据权利要求1、2或3所述铁锰复合硅酸盐的制备方法，其特征在于步骤二中再将沉淀物在60～80℃下干燥，干燥时间为18h～32h。
9.权利要求1所述铁锰复合硅酸盐的应用，其特征在于所述铁锰复合硅酸盐作为催化剂用于水处理。
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