CN106669839A - 一种铁碳‑膨润土海藻酸钠凝胶催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铁碳‑膨润土海藻酸钠凝胶催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁碳‑膨润土海藻酸钠凝胶催化剂及其制备方法和应用，由膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和铁粉通过氯化钙交联制成，其中，膨润土和海藻酸钠为包埋剂，氯化钙为交联剂。本发明的铁碳‑膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐一同加入含有有机污染物的废水中，二者接触形成大量具有强氧化性的硫酸根自由基，从而氧化有机污染物使其降解。

Description

一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机废水处理用催化剂技术领域，具体涉及一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
低熔点纤维因结晶性较差没有明显熔点，更确切的说是一种低温热熔纤维，其作为一种新型粘合剂由于加工方便、能耗低，广泛应用于非织造布生产中，与传统化学粘合剂相比，具有粘结性好、环保等优点。近年来，低温热熔长丝作为鞋面胶粘剂在3D飞织鞋面的织造中也得到了长足的发展，不但降低了生产成本，简化了鞋面的生产过程，而且相对传统使用胶水粘合而言实现了环保要求。
目前，市场上用于3D飞织鞋面的低温热熔丝包括两种类型：一种是低温热熔聚酰胺类，即低温热熔尼龙，主要是指三元和四元无规共聚酰胺，如CN101555635A中所公开的方法；另一种是低温热熔聚酯类，主要是指低温热熔PET类纤维。低温热熔尼龙具有优良的粘结性和柔韧性，但是价格高，用于3D飞织鞋面使得成本增加很多。而低温热熔聚酯如专利CN1962716A中所述，虽然成本上相比尼龙有优势，但是织造的鞋面硬挺韧性差、易脆裂、粘结强度低。
为解决上述问题，现有技术通常采用1，4-丁二醇取代乙二醇并添加一定改性剂制备综合性能优异的低温热熔聚酯。CN 101338023A公开的技术方案采用PTA，IPA，1，4-丁二醇和聚乙二醇制得熔点在110-160℃的改性低熔点共聚酯，产品具有结晶性能好、特性黏度高及不易粘连的优点，但结晶度较高的低温热熔丝，用于3D飞织鞋面经热定型后容易造成白点，影响鞋面外观。另外，日本公开号为10-298271的专利的技术方案中的酯化反应是在加压条件下进行，使得酯化过程中四氢呋喃生成比例较高，严重影响产品性能和生产稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂。
本发明的另一目的在于提供上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的应用。
本发明的技术方案如下：
一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂，由膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和铁粉通过氯化钙交联制成，其中，膨润土和海藻酸钠为包埋剂，氯化钙为交联剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和氯化钙的比例为：2～4g∶0.2～1g∶2～5g∶100mL∶2～10g。
一种上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膨润土和活性炭粉溶于去离子水中，搅匀后再加入海藻酸钠，搅拌至均匀，然后再搅拌6～10h；
(2)在步骤(1)所得的物料中添加铁粉，然后搅拌5～30min；
(3)将无水氯化钙完全溶解于去离子水中，得氯化钙溶液，该氯化钙溶液的浓度为4～8wt％；
(4)将步骤(2)所得的物料滴入步骤(3)所得的氯化钙溶液中，形成凝胶小球，并浸泡0.5～2h；
(5)将步骤(4)所得的凝胶小球用去离子水进行洗涤，即可得到所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂。
上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在处理含有有机污染物的废水中的应用。
在本发明的一个优选实施方案中，在常温和中性pH的条件下，将所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐一同加入到所述废水中。
进一步优选的，所述过硫酸盐在所述废水中的浓度为0.5～2.5mmol/L，所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在所述废水中的浓度为4～8g/L。
进一步优选的，所述过硫酸盐为过硫酸钠或过硫酸钾。
本发明的有益效果：
1、本发明的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐一同加入含有有机污染物的废水中，二者接触形成大量具有强氧化性的硫酸根自由基，从而氧化有机污染物使其降解。
2、本发明铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐协同作用，无需外加能量，常温中性pH条件下即能达到反应所需条件，相比于均相过硫酸盐体系，非均相过硫酸盐体系能够持续不断地提供硫酸根自由基，从而持续降解水中的有机污染物。
3、本发明的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的效率高，其形成的多孔结构，内部表面积大，较好的负载铁和炭。
4、本发明铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐的投加量均很少，而且铁离子的释放量很小，从而降低成本，并且催化剂经过过滤后可分离再次使用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的外观图。
图2为本发明实施例1制备的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的电子显微镜照片。
图3是本发明实施例2中不同体系处理水中活性黑5(RBK5)的效果图。
图4是本发明实例例2中不同的体系总铁的溶出量对比图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)将2～4g膨润土溶于去离子水(去离子水100mL)，再加入0.2～1g活性炭粉，最后加入2～5g海藻酸钠搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)所得的物料放在机械搅拌6～10h；
(3)在步骤(2)所得的物料添加铁粉2～10g，然后搅拌5～30min；
(4)配制浓度为4～8wt％的氯化钙溶液；
(5)将步骤(3)所得的物料倒入漏斗中，然后将步骤(4)的氯化钙溶液放在磁力搅拌器上，然后让步骤(3)所得的物料在上述氯化钙溶液中凝胶成凝胶小球，并浸泡0.5～2h；
(6)将步骤(5)所得的凝胶小球用去离子水进行洗涤，将其进行水封或者真空保存备用，得到如图1和图2所示的所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂。
实施例2
铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂(小球，MABs)的制备：
(1)将2g膨润土溶于去离子水(去离子水100mL)，再加入0.2g活性炭粉，最后加入2g海藻酸钠搅拌至溶解；
(2)将步骤(1)所得的物料放在机械搅拌6～10h；
(3)在步骤(2)所得的物料添加铁粉2g，然后搅拌5～30min；
(4)配制浓度为4wt％的氯化钙溶液；
(5)将步骤(3)所得的物料倒入漏斗中，然后将步骤(4)的氯化钙溶液放在磁力搅拌器上，然后让步骤(3)所得的物料在上述氯化钙溶液中凝胶成凝胶小球，并浸泡0.5～2h；
(6)将步骤(5)所得的凝胶小球用去离子水进行洗涤，然后备用。
向两组反应器中分别加入100mL含有50mg/L的活性黑5(RBK5)溶液，接着分别加入铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂(小球，MABs)，使其浓度分别为4g/L，向其中一组投加氧化剂过硫酸盐(过硫酸钠)的浓度为100mmol/L的溶液2mL，其浓度为2mmol/L。用紫外可见分光光度计检测处理效果，如图3所示，在25℃和pH值为7条件下，30min后RBK5的降解率为95.42％。
由图4可知反应进行到30min，Fe+C/PDS的体系铁溶出达134.09mg/L，而Fe-MABs/PDS体系的铁溶出仅为4.24mg/L，是Fe+C/PDS体系铁溶出的3.16％，可见Fe-MABs/PDS体系可以大大降低铁的溶出量，从而提高铁的使用效率，也降低过量铁流失造成的过硫酸盐浪费。(PDS为过硫酸盐)
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到于上述实施例相同或相近的技术方案，仍然属于本发明的保护范围：
一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂，由膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和铁粉通过氯化钙交联制成，其中，膨润土和海藻酸钠为包埋剂，氯化钙为交联剂。所述膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和氯化钙的比例为：2～4g∶0.2～1g∶2～5g∶100mL∶2～10g。
一种上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膨润土和活性炭粉溶于去离子水中，搅匀后再加入海藻酸钠，搅拌至均匀，然后再搅拌6～10h；
(2)在步骤(1)所得的物料中添加铁粉，然后搅拌5～30min；
(3)将无水氯化钙完全溶解于去离子水中，得氯化钙溶液，该氯化钙溶液的浓度为4～8wt％；
(4)将步骤(2)所得的物料滴入步骤(3)所得的氯化钙溶液中，形成凝胶小球，并浸泡0.5～2h；
(5)将步骤(4)所得的凝胶小球用去离子水进行洗涤，即可得到所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂。
上述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在处理含有有机污染物的废水中的应用。在常温和中性pH的条件下，将所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐一同加入到所述废水中。所述过硫酸盐在所述废水中的浓度为0.5～2.5mmol/L，所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在所述废水中的浓度为4～8g/L。所述过硫酸盐为过硫酸钠或过硫酸钾。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂，其特征在于：由膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和铁粉通过氯化钙交联制成，其中，膨润土和海藻酸钠为包埋剂，氯化钙为交联剂。
2.如权利要求1所述的一种铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂，其特征在于：所述膨润土、活性炭、海藻酸钠、去离子水和氯化钙的比例为：2～4g∶0.2～1g∶2～5g∶100mL∶2～10g。
3.一种权利要求1或2所述的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将膨润土和活性炭粉溶于去离子水中，搅匀后再加入海藻酸钠，搅拌至均匀，然后再搅拌6～10h；
(2)在步骤(1)所得的物料中添加铁粉，然后搅拌5～30min；
(3)将无水氯化钙完全溶解于去离子水中，得氯化钙溶液，该氯化钙溶液的浓度为4～8wt％；
(4)将步骤(2)所得的物料滴入步骤(3)所得的氯化钙溶液中，形成凝胶小球，并浸泡0.5～2h；
(5)将步骤(4)所得的凝胶小球用去离子水进行洗涤，即可得到所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂。
4.权利要求1或2所述的铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在处理含有有机污染物的废水中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：在常温和中性pH的条件下，将所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂与过硫酸盐一同加入到所述废水中。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述过硫酸盐在所述废水中的浓度为0.5～2.5mmol/L，所述铁碳-膨润土海藻酸钠凝胶催化剂在所述废水中的浓度为4～8g/L。
7.如权利要求5或6的应用，其特征在于：所述过硫酸盐为过硫酸钠或过硫酸钾。
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