CN106669725A - 处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法 - Google Patents

处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法。所述的复合氧化物为钾钛铬锰铁钒六元复合氧化物。所述方法按下列步骤进行：以钾盐、钛盐、铬盐、锰盐、铁盐、五氧化二钒和双氧水为原料，在低温下混合并搅拌至溶解，然后加热蒸发干燥，将所得沉淀经煅烧后获得钾钛铬锰铁钒复合氧化物粉体。本发明的催化剂活性高，能在较短的时间内快速而且高效降解污染物，且废水处理方法在常温常压而且无需光照下即可进行，工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费用低等特点，有很高的实际应用价值。本发明的催化剂可重复使用多次。

Description

处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法
技术领域：
本发明涉及到无机材料制备领域，具体涉及到一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法及应用。
背景技术：
目前有机染料废水已经成为主要的水体污染源之一。该废水具有水量大、浓度高、成分复杂、色度深和难降解等特点。大多数染料还具有毒性、致癌性、致畸和致突变的作用。亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成阳离子染料，工业应用非常广泛。例如，可应用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，应用于生物、细菌组织的染色以及应用于制造墨水和色淀等。亚甲基蓝在工业上的广泛应用也将导致含亚甲基蓝染料废水对水体的严重污染。目前有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、高级氧化技术、光催化法、吸附法及膜分离法等。生物法受pH值、温度、盐份和染料种类等因素的影响，使得生物法处理的效果不够理想。混凝法的运行费用较高，泥渣量大而且脱水困难，适用的pH值范围窄。高级氧化技术成本高，常用氧化剂也会表现出氧化能力不强、存在选择性氧化等缺点，而且处理过程中容易引入杂质造成二次污染。光催化法需要光源照射体系，在实际应用中受天气影响大。吸附法易受水中的悬浮物和油脂等影响，而且吸附剂用量大和费用高。膜分离法分为电渗析法、反渗透法、纳滤法和超滤法等，其中电渗析法、反渗透法、纳滤法的优点是染料去除率高，能回收废水中的染料，工艺简单，但是所用膜的成本较高，操作压力较大，造成膜法的能耗偏高，影响了其工业化应用。传统的超滤法由于膜孔径较大，难以去除低分子量的有机污染物。因此，开发一种简单而且高效处理亚甲基蓝染料废水的催化剂具有重要的意义。
现有技术公开了一项申请号为201210145478.4的专利申请“双层催化剂及其制备以及该催化剂在制备均酐中的应用”含有有效量活性组份V2O5、TiO2、P2O5、Na2O、MoO3、Sb2O3、其它金属的化合物及须晶分别经称量、配液、配喷涂浆液、喷涂在载体上、焙烧、冷却等工艺步骤制成催化剂E、G，将催化剂G、E分别置于原料混合气入口端及反应气出口端，在低空速、较低温度等条件下制备均酐，但是该催化剂组分繁多，制备工艺复杂，且制得的催化剂需在温度为400～430℃条件下使用，能耗高。
本专利申请发明人在此之前公开了几项与本专利申请相关的现有技术，例如，申请号为201310014950.5的专利申请“一种处理亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物的制备方法”和 申请号为201210474494.8 的专利“一种用于处理亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物及其制备方法和应用”，这两项申请分别采用通式为K2O•Cr2O3•xMoO3(x=1～8)和Na2O•Cr2O3•xMoO3(x=1～8) 的三元复合氧化物作为催化剂降解亚甲基蓝染料废水，但二者降解时间均较长，需60min以上，另外催化剂所含稀有金属含量高，成本高。因此，仍有待开发出一种新型复合氧化物，在保证上述染料降解率的同时降低催化剂中稀有金属含量。而本发明专利申请也正是发明人基于前述工作的基础上进一步研究所作出的成果，开发出了另一种新型高效的用于处理废水中亚甲基蓝染料的钾钛铬锰铁钒六元复合氧化物催化剂。
发明内容：
本发明目的在于提供一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法。有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种简单有效处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物，包括复合氧化物，其特征在于：所述的复合氧化物为钾钛铬锰铁钒六元复合氧化物。
一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，所述方法按下列步骤进行：以钾盐、钛盐、铬盐、锰盐、铁盐、五氧化二钒和双氧水为原料，在低温下混合并搅拌至溶解，然后加热蒸发干燥，将所得沉淀经煅烧后获得钾钛铬锰铁钒复合氧化物粉体。
所述的硝酸钾、钛酸四丁酯、硝酸铬、硝酸锰、硝酸铁与五氧化二钒的摩尔比为2.8:2.0 :2.0: 2.0 :2.0 :1，所述的双氧水的质量分数为10％。
所述的钾盐、钛盐、铬盐、锰盐、铁盐、五氧化二钒和双氧水原料在温度为-5～0℃的冰水浴中搅拌溶解。
所述的干燥步骤是在温度为100-110℃的沸水浴中蒸发干燥。
所述的煅烧步骤是将干燥的沉淀物放入马弗炉中在400℃～1000℃温度下煅烧6-8小时。
将所述的催化剂组合物悬浊于含亚甲基蓝染料废水中进行处理。
本发明的钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂应用于亚甲基蓝废水的处理方法是：以钾钛铬锰铁钒复合氧化物为催化剂，降解反应条件为：亚甲基蓝浓度小于3%，处理每升亚甲基蓝废水的催化剂用量为0.5～4.0g，废水体系处于常温常压。当废水体积为40mL，亚甲基蓝浓度小于70mg/L时，在搅拌下加入催化剂0.1g，催化降解10-30分钟，亚甲基蓝的降解率达到90%以上。残余溶液颜色为无色。将残余溶液替换为新的亚甲基蓝溶液后再进行催化剂再循环使用。结果表明，催化剂在第二次循环、第三次循环使用中的亚甲基蓝的降解率都达到90.0%以上。
本发明的积极效果为
1、本发明的催化剂制备方法简单，所用原材料成本低廉，操作方便；
2、本发明的催化剂活性高，能在较短的时间内快速而且高效降解污染物；
3、本发明的废水处理方法在常温常压而且无需光照下即可进行，工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费用低等特点，有很高的实际应用价值；
4、本发明的催化剂可重复使用多次。
具体的实施方式
下面结合实施例进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1：
称取0.55g（3.02×10-3mol）五氧化二钒于烧杯中，将它在温度为-5℃的冰水浴条件下加入40ml的10%的双氧水、0.85g（8.41×10-3mol）硝酸钾、2.44g（6.10×10-3mol）九水硝酸铬、2.08g（6.11×10-3mol）钛酸四丁酯、2.18g（6.10×10-3mol）硝酸锰（50%溶液）、2.46g（6.11×10-3mol）九水硝酸铁，搅拌至完全溶解，然后在温度为100℃的温度下蒸发干燥。将沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为400℃，煅烧时间为8小时。。
取0.1克按上述方法制备得到的钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂加入体积为40mL，浓度为1.0%的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲基蓝15分钟。然后在离心机上离心10分钟，取上清液测量亚甲基蓝残余浓度。结果如表1所示，当降解时间为15分钟时，亚甲基蓝降解率为88. 7%。
表1降解时间与废水中亚甲基蓝的降解率
催化剂降解时间/min 5 10 15 30
亚甲基蓝降解率/% 75.5 85.6 88.7 90.1
实施例2
称取0.55g（3.02×10-3mol）五氧化二钒于烧杯中，将它在温度为-2℃的冰水浴条件下加入40ml的10%的双氧水、0.85g（8.41×10-3mol）硝酸钾、2.44g（6.10×10-3mol）九水硝酸铬、2.08g（6.11×10-3mol）钛酸四丁酯、2.18g（6.10×10-3mol）硝酸锰（50%溶液）、2.46g（6.11×10-3mol）九水硝酸铁，搅拌至完全溶解，然后在温度为110℃的温度下蒸发干燥。将沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为700℃，煅烧时间为7小时。
取0.1克按上述方法制备得到的钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂加入体积为40mL，浓度为1.0%的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲基蓝15分钟。然后在离心机上离心20分钟，取上清液测量亚甲基蓝残余浓度。当降解时间为15分钟时，亚甲基蓝降解率为90.4%。
实施例3
称取0.55g（3.02×10-3mol）五氧化二钒于烧杯中，将它在温度为0℃的冰水浴条件下加入40ml的10%的双氧水、0.85g（8.41×10-3mol）硝酸钾、2.44g（6.10×10-3mol）九水硝酸铬、2.08g（6.11×10-3mol）钛酸四丁酯、2.18g（6.10×10-3mol）硝酸锰（50%溶液）、2.46g（6.11×10-3mol）九水硝酸铁，搅拌至完全溶解，然后在温度为110℃的温度下蒸发干燥。将沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为1000℃，煅烧时间为6小时。
取0.1克按上述方法制备得到的钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂加入体积为40mL，浓度为1.0%的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲基蓝15分钟。然后在离心机上离心10分钟，取上清液测量亚甲基蓝残余浓度。当降解时间为15分钟时，亚甲基蓝降解率为91.2%。
实施例4
为了考察催化剂的循环使用情况，取实施例3所述催化剂的制备方法得到的钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂进行连续三次催化氧化降解亚甲基蓝试验，每次降解时间为15分钟。
在盛有40mL的浓度为1.0%的亚甲基蓝溶液的烧杯中加入按0.10g钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂，在磁力搅拌作用下，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲基蓝15分钟。然后在离心机上离心10分钟，取上清液测量亚甲基蓝残余浓度。将离心后的上清液用滴管吸出，只留下催化剂固体部分，加入40mL新的1.0%亚甲基蓝溶液，重复上述降解亚甲基蓝过程，如此循环使用钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂进行第二次循环、第三次循环使用降解亚甲基蓝试验，结果如表2所示。
表2 催化剂循环降解亚甲基蓝
催化剂使用次数 1 2 3
亚甲基蓝降解率/% 91.1 90.5 90.0
由表2可以看出，催化剂在三次循环中降解亚甲基蓝的降解率都在90.0%以上，这表明钾钛铬锰铁钒复合氧化物催化剂能够循环重复使用。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有制备方法和应用，除了互相排斥的特征和/或制备方法、应用以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物，包括复合氧化物，其特征在于：所述的复合氧化物为钾钛铬锰铁钒六元复合氧化物。
2.一种处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：所述方法按下列步骤进行：以钾盐、钛盐、铬盐、锰盐、铁盐、五氧化二钒和双氧水为原料，在低温下混合并搅拌至溶解，然后加热蒸发干燥，将所得沉淀经煅烧后获得钾钛铬锰铁钒复合氧化物粉体。
3.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：所述的硝酸钾、钛酸四丁酯、硝酸铬、硝酸锰、硝酸铁与五氧化二钒的摩尔比为2.8 :2.0 :2.0: 2.0 :2.0 :1，所述的双氧水的质量分数为10％。
4.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：所述的原料在温度为-5～0℃的冰水浴中搅拌溶解。
5.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：所述的干燥步骤是在温度为100-110℃的沸水浴中蒸发干燥。
6.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：所述的煅烧步骤是将干燥的沉淀物放入马弗炉中在400℃～1000℃温度下煅烧6-8小时。
7.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：将所述的催化剂组合物悬浊于含亚甲基蓝染料废水中进行处理。
8.根据权利要求2所述的处理亚甲基蓝废水的多元复合氧化物催化剂组合物制备方法，其特征在于：按0.5～4.0g/L废水的比例加入所述复合氧化物催化剂，在搅拌下处理10-30分钟。
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