CN103288202B - 一种以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法，其中铁-镍磁性复合材料作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中后，促进了苯酚类有机污染物的降解，在此基础上提出了一种新型的臭氧化水处理方法。该方法属于水处理和环境催化技术领域。所得铁-镍磁性复合材料具有易与水分离、能在一较宽的初始pH范围(4-8)使用等特点，在臭氧化水处理应用中具有广阔的前景。

Description

一种以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域
本发明提出一种以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法来降低水污染，属于环境催化和水处理领域。
背景技术
水资源紧缺是目前全球共同面临的问题，减少污染物的排放，净化污水，提高水资源的利用率也已在国际上达成共识。我国在“十二五”规划中明确指出以节能减排为重点，建设资源节约型和环境友好型社会，并且着重强调实行最严格的水资源管理制度，实施主要污染物排放总量控制，加强造纸、化工和印染等行业的污染治理。而水中污染物酚类化合物主要来源于这些行业的工业废水。因此，对水中酚类污染物的降解研究既符合我国的国情和发展规划，同时也是在为全球环境保护做出贡献。
多相催化臭氧化可在常温常压下进行，操作简单，能耗低，所用固体非均相催化剂在催化臭氧化降解过程结束后，离心或是沉降均可较易分离，同时臭氧分解不产生自我衍生副产物，对水质危害小。多项研究结果也表明多相催化臭氧化降解酚类污染物降解效果突出，有较大优势。因此，开发环保、高效的催化剂就变得势在必行。
目前，用于水中臭氧化去除有机污染物的催化剂主要是负载或者未负载的金属和金属氧化物。尽管这些研究很有前景，但是在催化臭氧化实际应用中的一个弊端是将这些催化剂与被处理的水进行分离。用磁性颗粒解决环境问题这几年来也已引起关注。磁性颗粒可以通过一种简单的磁性吸引过程与一种介质分离。目前，已有研究证明含有多个氧化态的过渡金属氧化物对催化臭氧分解来说是一种性能优良的催化剂。因此，将多价的且稳定性好的磁性催化剂用于臭氧化水处理是有应用前景的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的磁性复合材料，并提供其臭氧化水处理方法，进而提高催化臭氧化在水处理领域的实际应用价值。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
(1)铁-镍磁性纳米复合材料的制备：室温搅拌下，将35mL、0.5Mol L-1的NaBH4溶液逐滴加入到50mL、0.1Mol L-1的FeCl2溶液中，滴加完毕后，继续搅拌反应10min，将得到的沉淀物洗涤。然后在室温搅拌下，将50mL、0.1Mol L-1的NiSO4溶液逐滴加入到上述沉淀物中，继续搅拌反应30min后，洗涤、干燥，研磨后得到的黑色粉末为铁-镍纳米复合材料。
(2)臭氧化水处理：将合成的复合材料加入到废水中，连续机械搅拌下通入臭氧，开始降解有机污染物，反应结束后，通过外加磁场分离固体催化剂，将其重复使用。
在实验过程中，我们发现添加催化剂的量与所处理废水的质量之比为0.001，反应温度在室温时即可达到较好的催化效果。
本发明的显著特点：
(1)铁-镍磁性复合材料在催化臭氧化降解苯酚过程中所表现出的较好的催化活性主要源于铁、镍组分间积极的协同作用，而不是催化剂结构。
(2)铁-镍磁性复合材料在一较宽的初始pH范围内(4-8)，均有较好的催化活性。
(3)铁-镍磁性复合材料具有磁性，易与水分离。
附图说明
图1为实施例1，2所得产品的TEM照片，分别对应a，b图。
图2为实施例1，2所得产品的XRD图谱，分别对应a，b线。
图3为实施例3中苯酚随臭氧化时间的浓度变化曲线，(a)线为单独臭氧化(无催化剂)，(b)线为实施例1中Ni-FexOy材料催化臭氧化，(c)线为实施例2中FexOy材料催化臭氧化。
图4中(a)线为单独臭氧化(pH＝4.31)，(b)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝4.31)，(c)线为单独臭氧化(pH＝6.18)，(d)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝6.18)，(e)线为单独臭氧化(pH＝7.95)，(f)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝7.95)。
具体实施方式
为了更具体的说明本发明的方法，下面给出本发明的实施例，但本发明的应用不限于此。
实施例1
25℃且不断搅拌下，将35mL、0.5Mol L-1的NaBH4溶液逐滴加入到50mL、0.1Mol L-1的FeCl2溶液中，滴加完毕后，继续搅拌反应10min，将得到的沉淀物水洗10次。然后，25℃且不断搅拌下，将50mL、0.1Mol L-1的NiSO4溶液逐滴加入到上述沉淀物中，继续搅拌反应30min后，水洗10次，60℃真空干燥过夜，研磨后得到的黑色粉末为Ni-FexOy磁性复合材料。其TEM照片见图1(a)，XRD图谱见图2中a线。
实施例2
25℃且不断搅拌下，将35mL、0.5Mol L-1的NaBH4溶液逐滴加入到50mL、0.1Mol L-1的FeCl2溶液中，滴加完毕后，继续搅拌反应10min，将得到的沉淀物水洗10次。60℃真空干燥过夜，研磨后得到的黑色粉末为FexOy磁性复合材料。其TEM照片见图1(b)，XRD图谱见图2中b线。
实施例3
在200ml含苯酚初始浓度为300mg L-1的模拟废水中，添加不同的材料0.20g，开动搅拌，在反应温度25℃下通入臭氧，氧气流量21mL/min，记录不同时间下苯酚的浓度。结果分别如图3所示。
图3中(a)线为单独臭氧化(无催化剂)，(b)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化，(c)线为实施例2中FexOy材料催化臭氧化；
实施例4
在200ml、初始浓度为300mg L-1的苯酚溶液中，调整其初始pH分别为4.31、6.18和7.95，添加Ni-FexOy磁性复合材料0.20g，开动搅拌，在反应温度25℃下通入臭氧，氧气流量21mL/min，记录不同时间下苯酚的浓度。结果分别如图4所示。
图4中(a)线为单独臭氧化(pH＝4.31)，(b)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝4.31)，(c)线为单独臭氧化(pH＝6.18)，(d)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝6.18)，(e)线为单独臭氧化(pH＝7.95)，(f)线为实施例1中Ni-FexOy磁性复合材料催化臭氧化(pH＝7.95)。

Claims (2)

1.一种以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)铁-镍磁性纳米复合材料的制备：室温搅拌下，将35mL、0.5Mol L-1的NaBH4溶液逐滴加入到50mL、0.1Mol L-1的FeCl2溶液中，滴加完毕后，继续搅拌反应10min，将得到的沉淀物洗涤，然后在室温搅拌下，将50mL、0.1Mol L-1的NiSO4溶液逐滴加入到上述沉淀物中，继续搅拌反应30min后，洗涤、干燥，研磨后得到的黑色粉末为铁-镍纳米复合材料；
(2)臭氧化水处理：将合成的复合材料加入到废水中，连续磁力搅拌下通入臭氧，开始降解有机污染物，反应结束后，通过外加磁场分离固体催化剂，将其重复使用。
2.根据权利要求1所述的以铁-镍磁性复合材料为催化剂的臭氧化水处理方法，所处理废水的初始pH为4-8。
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