CN106976926B - CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法 - Google Patents

CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106976926B
CN106976926B CN201710279119.0A CN201710279119A CN106976926B CN 106976926 B CN106976926 B CN 106976926B CN 201710279119 A CN201710279119 A CN 201710279119A CN 106976926 B CN106976926 B CN 106976926B
Authority
CN
China
Prior art keywords
persulfate
cufeo
visible light
wastewater
organic wastewater
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.)
Active
Application number
CN201710279119.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106976926A (zh
Inventor
李瑞桢
徐秋鹏
黄勇
王成端
刘兴勇
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.)
Sichuan University of Science and Engineering
Original Assignee
Sichuan University of Science and Engineering
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 Sichuan University of Science and Engineering filed Critical Sichuan University of Science and Engineering
Priority to CN201710279119.0A priority Critical patent/CN106976926B/zh
Publication of CN106976926A publication Critical patent/CN106976926A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106976926B publication Critical patent/CN106976926B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10—Photocatalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，该方法是在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。本发明具有选择性好、对废水的酸度要求低、去除效果好等优点。

Description

CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的 方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法。
背景技术
高级氧化技术由于在处理有机污染物方面具有良好的效率而倍受研究。传统的高级氧化技术利用H2O2、O3等产生强氧化性的·OH来降解有机污染物，但·OH仅在酸性条件下降解效果良好，同时，对污染物的选择性较低，半衰期较短，因此，在实际应用中受到了一定的局限。近年来，基于活化过硫酸盐的高级氧化技术得到了广泛的关注。与传统的高级氧化技术产生和·OH相比，活化过硫酸盐产生的
Figure BDA0001279087550000011
·具有更高的氧化还原电位，同时，在酸性条件下选择性较高。同时，
Figure BDA0001279087550000012
·的半衰期较长，能增加与污染物的接触时间，从而达到提高降解污染物的效率，减少污染物的中间产物等。活化过硫酸盐的方法有紫外光活化、热活化、过渡金属活化、催化剂活化等方法。相比其他的活化方法，催化剂活化具有诸多的优点。如：不需额外的能量、无二次污染、成本低等。
目前，利用光催化剂活化过硫酸盐的种类较多，但都存在一些问题。如对太阳光的利用率较低(如TiO2)、回收难度大(如C3N4)、催化剂中存在有毒元素(如CoO等)。因此，开发出一种无毒无害、易于回收、对光的利用率较大的光催化剂用于活化过硫酸盐对过硫酸自由基用于处理有机污染废水具有重大的意义。
发明内容
为解决传统的高级氧化法处理废水的选择性差、对废水的酸度要求高、去除效果差以及目前光催化剂活化过硫酸盐存在的有毒有害、回收难度大对光的利用率低等问题，本发明提供一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法：在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
具体包括以下步骤：
1)在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，得到预处理废水；使预处理废水中的CuFeO2材料和过硫酸盐的浓度分别为0.1-1.0g/L和0.1-1mmol/L。
2)调节预处理废水的pH值在3～11之间，并保持30-60min，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
其中：所述的有机废水中的有机物的浓度为1-20mg/L。
所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
所述的可见光的波长≥420nm。
所述的CuFeO2材料采用以下方法制备：
(1)将铜铁前驱体溶液滴加到NaOH溶液中，搅拌并超声处理10min；得到混合预反应液。
(2)向混合预反应液中加入丙醛，在120～200℃下，反应12～36h，得到反应产物。
(3)将反应产物冷却至室温，再用无水乙醇和去离子水洗涤4至中性，即得CuFeO2材料。
其中：所述的铜铁前驱体溶液为铜盐与亚铁盐或铁盐的混合水溶液，其中含有0.0002～0.002mol/mL的Cu2+以及0.0002～0.002mol/mL的Fe2+或Fe3+。所述的铜盐为CuSO4、CuNO3或Cu(CH3COO)2；所述的亚铁盐为Fe SO4或FeCl2；所述的铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3。
所述的NaOH溶液的浓度为0.004～0.04mol/mL。
三元铜铁矿结构的CuFeO2是一种典型的p型半导体，其禁带宽度约为1.32eV，可吸收全部的可见光，具有良好的可见光响应性能，同时，CuFeO2具有良好的热稳定性和化学稳定性以及发光性能。因此，CuFeO2不仅可在较高温度的环境中能保持良好的活性，而且是一种良好的光助催化剂。因此，本发明利用CuFeO2作为光助催化剂，在可见光条件下活化过硫酸盐，将光催化产生的羟基自由基和活化过硫酸盐的硫酸盐自由基进行原位耦合，加强对有机污染物的去除，并为光助活化过硫酸盐的应用提供参考。本发明利用了 CuFeO2良好的晶体结构、双元素的协同特点等特点，在光助条件下活化过硫酸盐，将光催化产生的羟基自由基和活化过硫酸盐的硫酸盐自由基进行原位耦合，加强对有机污染物的去除。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所用的CuFeO2制备简单、成本低、重复性强、组成元素无毒无害、容易实现。同时，CuFeO2对太阳光的利用率较大。
2、本发明提供的一种新的用于有机废水处理的方法，在可见光照射下，通过向有机废水中加入过硫酸盐和CuFeO2催化剂；一方面，CuFeO2在可见光下，产生光生电子和空穴，过硫酸盐接受电子转化为硫酸根自由基；另一方面，过硫酸盐接受电子可避免CuFeO2中光生电子和空穴的复合，提高光催化的效率。能提高自由基的产率，提高对污染物的去除。
3、本发明所用的CuFeO2催化剂用量少，具有一定的磁性，易于分离和重复利用，且环境友好，无二次污染。
4、本发明不需要消耗额外的能量，比如超声、电等，降低了成本；工艺简单，可操作性强，具有十分广阔的实际应用前景。
附图说明
图1a为实施例一制备的样品的XRD图；
图1b为实施例二制备的样品的XRD图；
图2a为实施例一制备的CuFeO2的SEM图；
图2b为实施例二制备的CuFeO2的SEM图；
图3为实施例一的降解效果图；
图4为实施例二的降解效果图；
图5为实施例三的降解效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
CuFeO2的制备：1)前驱体溶液的制备，将0.005mol的CuNO3和0.005mol的FeSO4共溶于5mL的去离子水中，超声溶解完全。
2)沉淀剂的制备：将0.1mol的的氢氧化钠溶于30mL的水，超声溶解完全。
3)沉淀，将1)所得的前驱体溶解逐滴加入到2)中的氢氧化钠溶液中，形成混合沉淀，并超声10min。
4)反应，将3)中所得的混合沉淀转移至100mL的水热釜中，并加入0.5ml的丙醛，在温度120℃下反应24小时。
5)洗涤，待反应完成后，将水热釜冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤4)中的沉淀物至中性。
图1a为本实施例制备的样品的XRD图，从中可以看出，本实施例制备的样品为3R和2H二种混合晶型的CuFeO2(JCPDS-No 00-039-0246、JCPDS-No 01-79-1546)图2a 为本实施例制备的CuFeO2的SEM图，从图中可以看出制备的CuFeO2尺寸在450-880nm。
将本实施例制备的CuFeO2材料分成五份，并按以下方法进行五个平行实验：在可见光(波长≥420nm)照射下，向五份5mg/L的亚甲基蓝溶液(模拟有机废水)中，分别投加过硫酸盐浓度为0.5mmol/L和0.5g/L的CuFeO2，调节反应体系的pH值至3.0、5.0、 6.2、9.0和11.0，并处理时间为50min，并对比其降解效果，如图3所示。
实施例二
CuFeO2的制备：1)前驱体溶液的制备，将0.005mol的CuNO3和0.005mol的FeNO3共溶于5mL的去离子水中，超声溶解完全。
2)沉淀剂的制备：将0.1mol的的氢氧化钠溶于30mL的水，超声溶解完全。
3)沉淀，将1)所得的前驱体溶解逐滴加入到2)中的氢氧化钠溶液中，形成混合沉淀，并超声10min。
4)反应，将3)中所得的混合沉淀转移至100mL的水热釜中，并加入0.5ml的丙醛，在温度160℃下反应24小时。
5)洗涤，待反应完成后，将水热釜冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤4)中的沉淀物至中性。
图1b为本实施例制备的样品的XRD图，从中可以看出，本实施例制备的样品为纯净的3R晶型的CuFeO2(JCPDS-No 00-039-0246)。图2b为本实施例制备的CuFeO2的SEM图，从图中可以看出制备的CuFeO2尺寸在1-2.6μm。
将本实施例制备的CuFeO2材料分成三份，并按以下方法进行三个平行实验：在可见光照射下，分别在5mg/L、7.5mg/L、10mg/L的亚甲基蓝溶液(模拟有机废水)中，投加过硫酸盐浓度为0.5mmol/L的和0.5g/L的CuFeO2，对水处理时间为60min，反应体系的 pH为6.2(未调节)。降解效果如图4。
实施例三
CuFeO2的制备：1)前驱体溶液的制备，将0.005mol的CuNO3和0.005mol的FeCl2共溶于5mL的去离子水中，超声溶解完全。
2)沉淀剂的制备：将0.1mol的的氢氧化钠溶于30mL的水，超声溶解完全。
3)沉淀，将1)所得的前驱体溶解逐滴加入到2)中的氢氧化钠溶液中，形成混合沉淀，并超声10min。
4)反应，将3)中所得的混合沉淀转移至100mL的水热釜中，并加入0.5ml的丙醛，在温度120℃下反应24小时。
5)洗涤，待反应完成后，将水热釜冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤4)中的沉淀物至中性。
将本实施例制备的CuFeO2材料分成三份，并按以下方法进行三个平行实验：在可见光照射下，分别向5mg/L的亚甲基蓝溶液、甲基橙溶液和甲基蓝溶液中，投加过硫酸盐浓度为0.5mmol/L的和0.5g/L的CuFeO2，对水处理时间为50min，反应体系的pH为6.2。降解效果如图5。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）在可见光波长≥420 nm的照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，得到预处理废水；使预处理废水中的CuFeO2材料和过硫酸盐的浓度分别为0.1-1.0 g/L 和0.1-1mmol/L；
2）调节预处理废水的pH值在3~11之间，并保持30-60 min，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物；
所述的有机废水中的有机物的浓度为1-20 mg/L；
所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵；
其中，所述的CuFeO2材料采用以下方法制备：
1）前驱体溶液的制备，将0.005 mol的硝酸铜和0.005 mol的FeSO4共溶于5 mL的去离子水中，超声溶解完全；
2）沉淀剂的制备：将0.1 mol的氢氧化钠溶于30 mL的水，超声溶解完全；
3）沉淀，将1）所得的前驱体溶解逐滴加入到2）中的氢氧化钠溶液中，形成混合沉淀，并超声10 min；
4）反应，将3）中所得的混合沉淀转移至100 mL的水热釜中，并加入0.5 mL 的丙醛，在温度120℃下反应24小时；
5）洗涤，待反应完成后，将水热釜冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤4）中的沉淀物至中性。
CN201710279119.0A 2017-04-25 2017-04-25 CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法 Active CN106976926B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710279119.0A CN106976926B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710279119.0A CN106976926B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106976926A CN106976926A (zh) 2017-07-25
CN106976926B true CN106976926B (zh) 2020-07-24

Family

ID=59345972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710279119.0A Active CN106976926B (zh) 2017-04-25 2017-04-25 CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106976926B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107973352B (zh) * 2017-11-27 2020-08-07 中国地质大学（武汉） 一种铁/铜双金属氧化物降解四环素的方法
CN108452820B (zh) * 2018-02-09 2021-11-09 武汉大学 一种氮化碳/α型氧化铁催化剂、光电辅助类芬顿体系及其在有机废水处理中的应用
CN108531939B (zh) * 2018-04-11 2019-11-08 苏州工业职业技术学院 Pt修饰Fe2O3包裹CuFeO2光阴极及制备方法
CN108726628A (zh) * 2018-05-31 2018-11-02 合肥宸翊商贸有限公司 一种用于促进水体修复的漂浮板
CN108751324A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 合肥宸翊商贸有限公司 一种水体修复材料
CN108640205A (zh) * 2018-05-31 2018-10-12 合肥宸翊商贸有限公司 一种高透光的水体修复漂浮板
CN108726659A (zh) * 2018-05-31 2018-11-02 合肥宸翊商贸有限公司 一种促进水体修复的漂浮板的制备方法
CN110127836A (zh) * 2019-06-17 2019-08-16 南开大学 一种利用磁性氧化铜活化过一硫酸盐处理高盐有机废水的方法
CN111266086B (zh) * 2020-01-22 2022-05-17 青岛农业大学 一种利用餐厨垃圾制取磁性生物炭的方法
CN113952954A (zh) * 2021-11-25 2022-01-21 白银新大孚科技化工有限公司 一种复合材料及其制备方法
CN114054059A (zh) * 2021-12-15 2022-02-18 陈雪文 利用磁性二维Mxene/CuFeO2催化剂活化过硫酸盐降解废水中磺胺甲恶唑的方法
CN115403129A (zh) * 2022-08-02 2022-11-29 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 一种光热耦合活化过硫酸盐的方法及其应用
CN116037171A (zh) * 2022-12-23 2023-05-02 青岛农业大学 具有可见光响应的Hap/CuFeO2光催化材料及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103285862A (zh) * 2013-04-03 2013-09-11 中南民族大学 一种微米级类芬顿催化剂及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103285862A (zh) * 2013-04-03 2013-09-11 中南民族大学 一种微米级类芬顿催化剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kinetic studies on visible light-assisted degradation of acid red 88 in;J. Madhavan等;《Applied Catalysis B: Environmental》;20080205;第83卷(第1期);第1-7页 *
Visible light-induced hydrogen over CuFeO2 via S2O3(2-) Oxidation;M. Younsi等;《Solar Energy》;20040304;第78卷(第5期);第574-580页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106976926A (zh) 2017-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106976926B (zh) CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法
CN102259993B (zh) 一种络合的亚铁活化过硫酸盐氧化水处理方法
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
CN111790422A (zh) 一种石墨化基氮络合的Fe(III)-Fe0催化剂及其合成方法和应用
CN103801294B (zh) 一种活性炭负载氧化亚铜光催化剂及其方法
CN102583692B (zh) 非均相铜氧化物催化过硫酸盐处理水中有机污染物的方法
CN109289857B (zh) 稀土元素掺杂的层状复合金属氢氧化物及其制备与应用
CN103739056A (zh) 利用Fe3O4活化过硫酸钾降解有机染料废水的方法
Tang et al. A novel S-scheme heterojunction in spent battery-derived ZnFe2O4/g-C3N4 photocatalyst for enhancing peroxymonosulfate activation and visible light degradation of organic pollutant
CN110841714A (zh) 一种基于2,5-二羟基对苯二甲酸配体的铁钴双金属-有机骨架材料及其制备方法和应用
CN106732796A (zh) 一种高效还原co2的共价有机聚合物可见光光催化剂
CN106630102B (zh) Ce-OMS-2催化剂降解有机废水的应用及方法
Wang et al. One-pot synthesis of CeO2/Mg-Al layered double oxide nanosheets for efficient visible-light induced photo-reduction of Cr (VI)
CN108079993B (zh) 氧化亚铁/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法
Wang et al. One-step synthesis of novel Ni-doped Cu2 (OH) 3F Fenton-like catalyst driven by visible light: Single activity and synergistic effect enhanced by bimetallic cooperation
CN107188265B (zh) 一种基于uv/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法
CN111215091A (zh) 一种锰铁层状双金属氢氧化物催化剂的制备方法及其应用
CN109126835B (zh) 光催化剂La3+/BiOI及降解双酚AF的方法
CN113104928B (zh) CuO@氮掺杂碳复合催化材料在光热催化产非自由基中的应用
CN112742388B (zh) 一种有机污染物还原催化剂的制备方法
Jia et al. Heterogeneous catalytic degradation of phenol by CuFe2O4/Bi12O15Cl6 photocatalyst activated peroxymonosulfate
CN101798092A (zh) 聚铁硅盐及其制备方法和其在水处理中的应用
CN108404948B (zh) 一种(BiO)2CO3-BiO2-x复合光催化剂及其制备方法和应用
CN115121249A (zh) 一种磁性硅酸铁钠/赤铁矿复合光催化剂的制备方法及应用
CN112657555B (zh) 一种单分散Fe-O簇掺杂的Ni基金属有机骨架复合光催化剂及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant