CN104437502A - 以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体及应用 - Google Patents

以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体及应用。该制备过程以芬顿过程产生的铁泥和二价金属(如镍、猛、锌、钡、钴等)的硝酸盐为原料，用共沉淀法制得了磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体；利用尖晶石铁氧体代替Fe2+作为芬顿催化剂，提出了一种新型的芬顿氧化水处理方法。所得的尖晶石铁氧体磁性材料尺度小，在水溶液体系中分散性好，借助于外界磁场可以有效地将其分离、回收。除此之外，利用芬顿产生的铁泥作为铁源合成新型芬顿催化剂，实现了危险固废芬顿含铁污泥的循环再利用，节约了芬顿含铁污泥的后续处理成本，在水处理应用中具有广阔的前景。

Description

以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体及应用
技术领域
本发明属于水处理和环境催化技术领域，具体涉及一种以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体的制备及应用方法。
背景技术
对于难降解化工废水的处理而言，芬顿氧化技术可显著改善废水可生化性并降低废水生物毒性，是一种可靠的预处理方法，在难降解化工废水的处理中得到了广泛的应用。然而，传统芬顿法本身存在一些缺陷，比如催化剂利用率不高，铁泥产生量大；芬顿产生的铁泥属于危险固废，只能当做危险固废来处理，增加了后续处理成本，企业难以承受。因此，提高芬顿催化剂利用效率、减少铁泥产生，是降低芬顿催化成本的一个有效途径。
国内外研究人员已开发出了磁性芬顿催化剂铁氧体，该种材料尺度小、比表面大、分散性好，有利于提高催化效率；在外在磁场作用下，可以实现方便快捷的分离、回收，从而实现再利用，可以克服非磁性催化剂难回收的缺点。通常采用铁离子作为铁源来合成铁氧体，而芬顿氧化过程产生的含铁污泥中含有大量的铁，如能充分利用该含铁污泥作为铁源，不仅可以节约外加铁源的成本，而且可以实现含铁污泥的废物利用，将会产生显著的经济和环境效益。然而，以芬顿含铁污泥为铁源制备磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体尚未见文献报道。
发明内容
本发明提供了一种以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体及应用。该制备过程以芬顿过程产生的铁泥和二价金属(如镍、猛、锌、钡、钴等)的硝酸盐为原料，用共沉淀法制得了磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体；利用尖晶石铁氧体代替Fe2+作为芬顿催化剂，提出了一种新型的芬顿氧化水处理方法。所得的尖晶石铁氧体磁性材料尺度小，在水溶液体系中分散性好，借助于外界磁场可以有效地将其分离、回收。除此之外，利用芬顿产生的铁泥作为铁源合成新型芬顿催化剂，实现了危险固废芬顿含铁污泥的循环再利用，节约了芬顿含铁污泥的后续处理成本，在水处理应用中具有广阔的前景。
实现本发明目的技术解决方案是：一种以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，所述催化剂通过以下步骤制备：
(1)、分别取一定量的芬顿含铁污泥和二价金属硝酸盐，使得二价金属硝酸盐中的二价金属和芬顿含铁污泥中的铁的摩尔比为1∶2；
(2)、将芬顿含铁污泥和二价金属硝酸盐溶液混合，并搅拌均匀；
(3)、在所得的混合液中缓慢均匀加入碱性溶液，并调节pH至9.0-10.0之间；
(4)、将得到的混合液搅拌8h以上，将搅拌后的混合液进行离心分离，并将得到的固体用水洗涤；
(5)、将得到的固体在不高于110℃下烘干；
(6)、在700～900℃的温度范围内将得到的固体进行煅烧，得到磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体。
所述的芬顿含铁污泥为芬顿氧化过程中所产生的沉淀物。
所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。
所述的二价金属硝酸盐为硝酸铜、硝酸镍、硝酸锌、硝酸猛、硝酸钡、硝酸钴等
上述以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂的应用方法为：将含有机污染物的废水放置于反应容器中，调节废水pH至3.0-5.0之间，在反应容器中加入适量磁性芬顿催化剂和双氧水，进行芬顿催化反应。
所述的磁性芬顿催化剂和双氧水的摩尔比例范围为1:10-1:30。
本发明开发了以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体的制备和应用方法，带来的有益效果是：
(1)、本发明利用芬顿产生的铁泥代替铁盐作为铁源合成磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，实现了危险固废芬顿含铁污泥的循环利用，节约了铁泥处理成本；
(2)、本发明磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体催化降解有机污染物效果好，降解效率高；
(3)、本发明磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体在外加磁场的作用下能有效地进行分离，提高了催化剂的利用效率；
(4)、本发明制备的铁氧体作为芬顿催化剂时，铁泥产生量少，二次污染小。
附图说明
图1为实施例1中的NiFe2O4的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为实施例1中的NiFe2O4的SEM图。
图3为实施例1中的单独双氧水作用和NiFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图。
图4为实施例2中的单独双氧水作用和CuFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图。
图5实施例3中的为单独双氧水作用和ZnFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：NiFe2O4的制备和表征过程及其应用
((1)、分别取一定量的芬顿含铁污泥和硝酸镍，使得镍和铁的摩尔比为1∶2；
(2)、将芬顿含铁污泥和硝酸镍溶液混合，并搅拌均匀；
(3)、在所得的混合液中缓慢均匀加入氢氧化钠溶液，并调节pH至9.0-10.0之间；
(4)、将得到的混合液搅拌8h以上，将搅拌后的混合液进行离心分离，并将得到的固体用水洗涤2-3次；
(5)、将得到的固体在不高于110℃下烘干；
(6)、在700～900℃的温度范围内将得到的固体进行煅烧，得到磁性芬顿催化剂NiFe2O4。
图1是本发明实施例制得的NiFe2O4的X射线衍射(XRD)图谱，图2是本发明实施例制得的NiFe2O4的SEM图。
配制苯酚初始浓度为250mg/L的模拟废水，调节废水pH至3.0，投加2.0g/L实施例一中所制备得到的NiFe2O4催化剂，投加4.0g/L浓度为30％的双氧水，记录不同时间下苯酚的去除率，结果分别如图3所示。
图3为单独双氧水作用和NiFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图，比较上述对照试验中苯酚的去除效果，结果NiFe2O4磁性材料的加入明显促进了苯酚的降解，具有很好的催化效果。
实施例2：以CuFe2O4为芬顿催化剂降解苯酚试验
用实施例1中所述的催化剂制备方法制得CuFe2O4，以CuFe2O4为芬顿催化剂，催化氧化初始浓度为250mg/L的苯酚模拟废水，调节废水pH至3.0，投加2.0g/L的CuFe2O4催化剂，投加4.0g/L浓度为30％的双氧水，记录不同时间下苯酚的去除率，结果如图4所示。
图4为单独双氧水作用和CuFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图，比较上述对照试验中苯酚的去除效果，结果CuFe2O4磁性材料的加入显著促进了苯酚的降解，具有很好的催化效果。
实施例3：以ZnFe2O4为芬顿催化剂降解苯酚试验
用实施例1中所述的催化剂制备方法制得ZnFe2O4，以ZnFe2O4为芬顿催化剂，催化氧化初始浓度为250mg/L的苯酚模拟废水，调节废水pH至3.0，投加2.0g/L的ZnFe2O4催化剂，投加4.0g/L浓度为30％的双氧水，记录不同时间下苯酚的去除率，结果如图5所示。
图5为单独双氧水作用和ZnFe2O4磁性材料催化氧化作用下苯酚的降解效果趋势图，比较上述对照试验中苯酚的去除效果，结果ZnFe2O4磁性材料的加入明显著促进了苯酚的降解，具有很好的催化效果。

Claims (6)

1.一种以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，其特征在于，所述催化剂通过以下步骤制备：
(1)、分别取芬顿含铁污泥和二价金属硝酸盐，使得二价金属硝酸盐中的二价金属和芬顿含铁污泥中的铁的摩尔比为1∶2；
(2)、将芬顿含铁污泥和二价金属硝酸盐溶液混合，并搅拌均匀；
(3)、在所得的混合液中缓慢均匀加入碱性溶液，并调节pH至9.0-10.0之间；
(4)、将得到的混合液搅拌8h以上，将搅拌后的混合液进行离心分离，并将得到的固体用水洗涤；
(5)、将得到的固体在不高于110℃下烘干；
(6)、在700～900℃的温度范围内将得到的固体进行煅烧，得到磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体。
2.如权利要求1所述的以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，其特征在于，所述的芬顿含铁污泥为芬顿氧化过程中所产生的沉淀物。
3.如权利要求1所述的以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，其特征在于，所述的碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
4.如权利要求1所述的以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂尖晶石铁氧体，其特征在于，所述的二价金属硝酸盐为硝酸铜、硝酸镍、硝酸锌、硝酸猛、硝酸钡或硝酸钴。
5.如权利要求1-4任一所述的以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂的应用，其特征在于，将含有机污染物的废水放置于反应容器中，调节废水pH至3.0-5.0之间，在反应容器中加入磁性芬顿催化剂和双氧水，进行芬顿催化反应。
6.如权利要求5所述的以芬顿含铁污泥为铁源的磁性芬顿催化剂的应用，其特征在于，所述的磁性芬顿催化剂和双氧水的摩尔比例范围为1:10-1:30。
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