CN103357412A - 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用 - Google Patents

一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103357412A
CN103357412A CN2012100808052A CN201210080805A CN103357412A CN 103357412 A CN103357412 A CN 103357412A CN 2012100808052 A CN2012100808052 A CN 2012100808052A CN 201210080805 A CN201210080805 A CN 201210080805A CN 103357412 A CN103357412 A CN 103357412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
cerium
stir
magnetic
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100808052A
Other languages
English (en)
Inventor
刘瑛
刘成龙
陈新
陈伟峰
耿文豪
商少明
高海燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN2012100808052A priority Critical patent/CN103357412A/zh
Publication of CN103357412A publication Critical patent/CN103357412A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明涉及一种铁铈金属氧化物复合催化剂的制备方法及应用。在多元醇类溶剂中，加入铁盐和铈盐，用氨水调节体系至弱碱性，再进行干燥焙烧即制得所需催化剂。催化剂与双氧水构成非均相Fenton类体系，可以催化各类染料废水的快速降解。本发明合成工艺简单、设备要求低；所得催化剂具有磁性、易回收、可重复利用；处理各类染料废水高效快速、成本低，且无二次污染。

Description

一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用
技术领域
本发明涉及一种磁性金属氧化物固体酸催化剂的的合成及该催化剂在类Fenton反应中的应用。在技术上涉及无机合成化学及染料废水处理等领域。
背景技术
目前我国各种染料产量已达90万t，染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多、工艺复杂。废水中含有大量的有机物和盐份，具有COD高、色泽深、酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。对染料废水的处理方法很多，归纳起来主要有物理法、化学法、生物法或这些方法的组合。在众多的处理方法中，Fenton法因其反应条件温和、降解效率高、操作方便、成本低廉，成为染料废水处理的一种主要手段。传统的Fenton法是一种采用H2O2为氧化剂、Fe2+为催化剂的均相催化氧化法。在酸性条件下，H2O2产生的·OH具有较高的氧化还原电位，能迅速氧化废水中的污染物而无选择性，可使废水中难于生物降解的大分子有机物裂解为易于被微生物降解的小分子有机物，或者完全矿化为CO2和H2O2。但是，均相Fenton法也存在一些不足：反应要在pH≈3左右的环境下进行，反应前后需要调节废水的pH值，需要耗费大量的酸和碱；双氧水的利用率有待提高；出水因含大量的铁离子而显示颜色，铁离子难以回收且易产生二次污染等等。近年来，铁离子的固定化成为Fenton技术的研究方向。用铁系固体催化剂代替溶液中的亚铁离子，与过氧化氢构成非均相Fenton反应体系，既可以有效地降解染料，又能克服传统均相Fenton体系的诸多缺点，是一种极具应用前景的染料废水处理技术。因而，非均相Fenton催化剂的开发是当前的研究热点。而目前所报道的大部分催化剂都不能满足工业生产的实际需求：有些催化剂催化效率低，需要很长时间才能实现降解；有些催化剂催化性能的发挥需要光的辅助；有些催化剂需要较高的温度才能起到催化降解作用。因此开发一种在常温下能快速降解染料、且能重复利用的催化剂具有实际意义。
Fe3O4是一种重要的尖晶石铁氧体，是一种软磁性材料，在非均相Fenton方法经常被用作代替均相铁离子的催化剂。CeO2具有稳定的立方体萤石结构，具有较高的储氧和释放氧的能力，是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物。将CeO2和Fe3O4复配使用，可通过过渡金属间的协同作用显著提高催化剂的活性，若将其用于非均相Fenton体系可提高过氧化氢的利用率。这种新型的复合金属氧化物还具有比较高的表面酸性，是一种固体酸催化剂，用于染料废水的降解无须事先调节体系的pH值，可以实现近中性条件下染料的直接快速降解。此外，固相催化剂与液相反应体系的分离一直是工业上面临的重要问题，目前基于过滤分离的循环使用方法费工费时，且易造成固相催化剂载体和活性组分的流失。而本专利所述的复合型金属氧化物催化剂具有磁性，在外加磁场下可实现催化剂与溶液的快速有效分离，有利于催化剂的重复利用，是一种极具应用前景的固体酸催化剂。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术遇到的困难，提供一种催化效率高、有磁性、易回收、可重复利用，且能与过氧化氢构成非均相Fenton体系催化降解有机染料废水的固体酸催化剂。
铁铈金属氧化物催化剂的制备工艺简单，合成路线如下：
以无水乙醇为溶剂，聚乙二醇为分散剂，将二者按照一定比例混合，并搅拌均匀。然后将硝酸铈胺和硫酸铁按照一定比例加入到乙醇和聚乙二醇的混合溶液中，搅拌均匀。在上述体系中加入氨水，调节pH值至弱碱性，搅拌，制得溶胶。将溶胶置于烘箱中50-80℃干燥12h，再将干燥后的产物置于马弗炉中高温(400-600℃)焙烧一段时间，即制得所需催化剂。
将制得的催化剂降解染料废水的技术方案如下：
于100mL小烧杯中，加入一定量的染料溶液及一定量的催化剂，加入双氧水，开动磁力搅拌器，同时开始计时，观察颜色变化。定时取出部分溶液，用分光光度计监测吸光度的变化，计算不同时间的脱色率。
本发明的优点：
1.制备工艺简单，无须复杂的设备，操作简便。
2.催化剂颗粒为纳米级别，比表面大，催化效率高，无选择性，能快速使各类染料褪色。
3.反应条件温和，在低温及常温下都可实现快速褪色。
4.催化剂具有比较强的表面酸性，将催化剂加入纯水中，可使纯水的pH降低约2个单位。
5.催化反应在催化剂表面进行，铁离子基本不溶出，避免了铁离子产生的负面影响。
6.催化剂性能稳定且具有铁磁性，可通过磁场进行回收，以便重复使用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
将70mL无水乙醇和15mL聚乙二醇混合，搅拌均匀。然后将铈盐和铁盐(Ce Fe摩尔比为2∶3)加入到上述混合溶液中，搅拌，得前驱体。在前驱体中加入一定量氨水，调节体系pH为7-8，搅拌，得溶胶。然后将溶胶于70℃干燥12h。将干燥后产物置于马弗炉中，400℃焙烧2h，即制得具有磁性的铁铈复合型催化剂。
将上述催化剂用于100mg/L亚甲基蓝模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL亚甲基蓝模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，15min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于100mg/L甲基橙模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL甲基橙模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，15min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于翠兰工业废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL翠兰工业废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，15min后染料完全褪色。
实施例2：
将70mL无水乙醇和15mL聚乙二醇混合，搅拌均匀。然后将铈盐和铁盐(Ce Fe摩尔比为2∶3)加入到上述混合溶液中，搅拌，得前驱体。在前驱体中加入一定量氨水，调节体系pH为7-8，搅拌，得溶胶。然后将溶胶于70℃干燥12h。将干燥后产物置于马弗炉中，450℃焙烧2h，即制得具有磁性的铁铈复合型催化剂。
将上述催化剂用于100mg/L亚甲基蓝模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL亚甲基蓝模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，10min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于100mg/L甲基橙模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL甲基橙模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，10min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于翠兰工业废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL翠兰工业废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，10min后染料完全褪色。
实施例3：
将70mL无水乙醇和15mL聚乙二醇混合，搅拌均匀。然后将铈盐和铁盐(Ce Fe摩尔比为2∶3)加入到上述混合溶液中，搅拌，得前驱体。在前驱体中加入一定量氨水，调节体系pH为7-8，搅拌，得溶胶。然后将溶胶于70℃干燥12h。将干燥后产物置于马弗炉中，500℃焙烧2h，即制得具有磁性的铁铈复合型催化剂。
将上述催化剂用于100mg/L亚甲基蓝模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL亚甲基蓝模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，30min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于100mg/L甲基橙模拟废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL甲基橙模拟废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，30min后染料完全褪色。
将上述催化剂用于翠兰工业废水的降解：于100mL小烧杯中，加入60mL翠兰工业废水，加入0.5mL过氧化氢及0.1g催化剂，搅拌，计时，30min后染料完全褪色。

Claims (4)

1.一种铁铈金属氧化物催化剂的合成，其特征在于利用工艺简单的溶胶-凝胶法合成多元金属氧化物复合固体酸催化剂，合成方法包括以下实验步骤：
(1)以无水乙醇为溶剂，聚乙二醇为分散剂，将二者按照一定比例混合，并搅拌均匀，得体系A。
(2)将铈盐和铁盐铁按照一定比例加入到体系A，搅拌均匀，得体系C。
(3)在体系C中加入氨水，调节pH值至弱碱性，搅拌，制得溶胶。
(4)将溶胶置于烘箱中50-80℃干燥12h.
(5)将干燥后的产物置于马弗炉中高温(400-600℃)焙烧一段时间，即制得所需催化剂。
2.据权利要求1所述的负载型钼酸铁催化剂的合成方法，其特征在于所述的步骤(2)中：硝酸铈胺作为铈源，硫酸铁作为铁源，二者物质的量之比nce∶nFe＝2∶3。
3.按权利要求1所合成的催化剂具有磁性，降解完后可通过磁场实现固液分离。
4.按权利要求1所合成的催化剂与H2O2构成非均相类Fenton体系，催化H2O2产生羟基自由基，可对各种染料废水如亚甲基蓝、甲基橙、翠兰等进行高效、快速降解。
CN2012100808052A 2012-03-26 2012-03-26 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用 Pending CN103357412A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100808052A CN103357412A (zh) 2012-03-26 2012-03-26 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100808052A CN103357412A (zh) 2012-03-26 2012-03-26 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103357412A true CN103357412A (zh) 2013-10-23

Family

ID=49360170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100808052A Pending CN103357412A (zh) 2012-03-26 2012-03-26 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103357412A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103691445A (zh) * 2013-12-25 2014-04-02 江南大学 一种用于染料废水降解的磁性金属复合氧化物催化剂
CN107235908A (zh) * 2017-06-22 2017-10-10 西安工业大学 一种甲基橙降解剂及其制备方法
CN107552059A (zh) * 2017-10-12 2018-01-09 浙江树人学院 一种铁掺杂铈基固熔体烟气脱硝催化剂的制备方法
CN107555577A (zh) * 2017-07-20 2018-01-09 南通玛盛环保科技有限公司 一种用磷化渣作为原料的中性芬顿试剂的制备方法
CN109851103A (zh) * 2019-02-15 2019-06-07 北京今大禹环境技术股份有限公司 一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺
CN111875070A (zh) * 2020-07-31 2020-11-03 南京大学 一种用于深度处理粘胶纤维废水的水处理剂的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102327773A (zh) * 2011-06-13 2012-01-25 清华大学 纳米Fe3O4/CeO2复合材料的制备方法及应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102327773A (zh) * 2011-06-13 2012-01-25 清华大学 纳米Fe3O4/CeO2复合材料的制备方法及应用

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103691445A (zh) * 2013-12-25 2014-04-02 江南大学 一种用于染料废水降解的磁性金属复合氧化物催化剂
CN107235908A (zh) * 2017-06-22 2017-10-10 西安工业大学 一种甲基橙降解剂及其制备方法
CN107555577A (zh) * 2017-07-20 2018-01-09 南通玛盛环保科技有限公司 一种用磷化渣作为原料的中性芬顿试剂的制备方法
CN107552059A (zh) * 2017-10-12 2018-01-09 浙江树人学院 一种铁掺杂铈基固熔体烟气脱硝催化剂的制备方法
CN107552059B (zh) * 2017-10-12 2020-05-12 浙江树人学院 一种铁掺杂铈基固溶体烟气脱硝催化剂的制备方法
CN109851103A (zh) * 2019-02-15 2019-06-07 北京今大禹环境技术股份有限公司 一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺
CN111875070A (zh) * 2020-07-31 2020-11-03 南京大学 一种用于深度处理粘胶纤维废水的水处理剂的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103357412A (zh) 一种磁性铁铈金属氧化物固体酸催化剂的制备及应用
CN104383953A (zh) 一种活性炭负载的氮掺杂钴催化剂及其制备方法和应用
CN102744069A (zh) 以改性海泡石为载体的Fe-Co双金属多相类芬顿催化剂的制备方法
CN105056981B (zh) 高效去除难降解有机污染物的复合光催化剂g‑C3N4‑铁酸铋的制备及其应用
CN105084511A (zh) 一种锰钴复合氧化物活化过硫酸盐降解有机废水的方法
CN103406091B (zh) 一种(甲基)丙烯酸生产废水制备钛酸盐吸附剂的方法
CN102161526B (zh) 氧化镁负载钴铁金属磁性纳米材料在降解废水中橙黄ⅱ的应用
CN102580746A (zh) 活性炭负载钴氧化物催化剂及在降解有机污染物上的应用
CN105293826B (zh) 一种反硫化厌氧氨氧化高效除硫脱氮方法
CN107572743B (zh) 一种催化湿式氧化法处理工业污泥的方法
CN104190434A (zh) Fe3O4-MnO2复合催化剂的制备及利用其去除印染废水中有机染料的方法
CN105498774A (zh) 一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法
Jiang et al. Nitrogen vacancies induce sustainable redox of iron-cobalt bimetals for efficient peroxymonosulfate activation: Dual-path electron transfer
CN105399197A (zh) 基于三维磁性有序介孔铁酸钴活化过硫酸盐处理染料废水的方法
CN108176403B (zh) 一种活性炭纤维负载Co3O4催化材料的制备方法
CN102000609B (zh) 类芬顿催化膜的制备方法
CN103523895A (zh) 一种焦化废水的处理方法及装置
CN102125848B (zh) 磁性异相光芬顿催化剂的制备及其降解有机污染物的方法
CN103464166A (zh) 一种以铁尾矿为载体的负载型过渡金属催化剂的制备方法以及降解有机污染物的方法
CN110116001A (zh) 铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料及其制备方法
CN104399500A (zh) 一种污泥负载铁多相光Fenton催化材料及其制备方法
CN112169797A (zh) 一种应用于湿式氧化的Cu-Fe双金属络合型磁性壳聚糖炭气凝胶催化剂的制备方法
CN101318749B (zh) 一种用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法
CN110215921A (zh) 一种核壳结构磁性纳米复合催化剂的制备方法及应用
CN106045130A (zh) 一种利用白云鄂博矿石催化过硫酸盐降解有机废水的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131023