CN108355659A - 一种基于铁铝催化的金属载体材料及其制备方法 - Google Patents

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李�杰
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Abstract

本发明公开了一种基于铁铝催化的金属载体材料及其制备方法，属于水处理技术领域。该材料的制备方法为先选取含铁量为96～97％海绵铁和氧化铝两种材料；然后用粉碎机将上述材料分别粉碎成100～200目的细粉，之后将两种金属材料混匀；接着在温度为1500℃条件下加入异氰酸酯到上述混合粉末材料中，待进入发泡阶段时融入纳米凹凸棒；反应10min后，加入二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；将冷却材料通过粉碎机粉碎到20～150目颗粒，即得到本发明所述的基于铁铝催化的金属载体材料。本发明的催化金属载体材料比表面积大、反应活性高、无污染、适用范围广且廉价易得。

Description

一种基于铁铝催化的金属载体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于铁铝催化的金属载体材料及其制备方法。
背景技术
使用还原性的零价铁去除水体中的污染物是最近几年发展起来的一种污染治理新技术。研究表明零价铁不仅能够置换出排在其金属活动性顺序表之后的金属离子，还能将氧化性较强的化合物还原。液相中的Fe0作为电子供体，而水体中的污染物作为电子受体，Fe0被还原成Fe2+或者Fe3+，其腐蚀过程产生的H2。零价铁同时具有很高的还原电势电位，它可以将大多数氯代烃类有机物还原为毒性较低的小分子有机物，同时可以有效的还原高价态的重金属物质，除此之外，还是很好的催化剂，已经广泛的运用于高级氧化技术中的Fenton体系或者是类Fenton体系中。虽然关于使用零价铁去除水体中污染物的研究报道很多，但是通过研究发现使用单金属去除污染物存在许多不足之处，具体包括:(1)反应速率较慢；(2)单金属容易失活；(3)对污染物的去除效果与pH密切相关；(4)对难降解污染物的去除率低。
为了提高零价铁的活性，通常会把如Pd,Cu,Ni,Ag,Pt和Pb这类金属催化剂掺入零价铁形成活性更大的双金属体系，且很多双金属体系都被证明可以高效去除水中的氯代有机物、硝基和偶氮化合物、非金属含氧酸盐以及重金属。然而，在这些常作为催化剂掺入零价铁的金属中，Pd,Pt,Ag是贵金属，而Cu,Ni和Pb则是有毒重金属。所以，虽然目前Pd/Fe,Cu/Fe,Ni/Fe,Pt/Fe,Ag/Fe和Pb/Fe等双金属在去除污染物方面的效果良好，但其高昂的成本和潜在的环境毒性驱使人们不得不寻找一种性价比高且毒性小的金属替代目前常用的这些金属。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、反应活性高、无污染、适用范围广且廉价易得的铁铝催化的金属载体材料。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供了一种基于铁铝催化的金属载体材料，该材料由以下按重量份数计的原料组成：
其中，所述的海绵铁中的碳含量为0.5-1％；
优选地，该材料由以下按重量份数计的原料组成：
其中，所述的海绵铁中的碳含量为0.5-1％。
本发明的另一目的是还提供了一种基于铁铝催化的金属载体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
A、选取含铁量为96～97％海绵铁和氧化铝两种材料，剔除各自的杂质；
B、用粉碎机将上述步骤A中两种材料分别粉碎成100～200目的细粉，之后将两种粉碎后的金属材料细粉混匀；
C、在温度为1500℃条件下加入异氰酸酯到B步骤中的两种细粉混合物中，待进入发泡阶段时融入纳米凹凸棒土；
D、待步骤C反应10min后，加入二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；
E、将D步骤中的冷却材料通过粉碎机粉碎到20～150目颗粒；
F、将E步骤的颗粒在500℃条件下经一氧化碳气流的加热炉中反应2h后，冷却即得所述的基于铁铝催化的金属载体材料。
本发明所使用的原料都可以在市场上通过商购的方式获得，其中，所述的二甲基硅油是由青岛兴业有机硅新材料有限公司生产的，所述的粉碎机是由福建丰力机械公司生产的ACM-B粉碎机，所述的磁选机郑州开元机械生产的XCT465型磁选机。
本发明提供的铁铝催化的金属载体材料的制备方法主要是利用了极化改性和金属催化的技术手段，在制备过程中通过1500℃条件下加入纳米凹凸棒对该材料进行极化改性处理，使此材料具有良好的亲水性,并增强其氧化还原反应的阴阳极性能，同时铝的加入增加其活性位点，再加上铝自身的高活性，使得整体反应速度加快。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：海绵铁作为一种多孔型零价铁，含铁量高，且其自身组分会发生铁碳微电解反应，大大提高了反应速度；铝在一定环境中能原位生成H2O2，通过进一步反应生成的·OH可以有效地去除环境中的难降解有机污染物；氧化铝的加入改变了海绵铁的结构特性，活性位点增加，提高其反应活性；铁铝双金属载体材料比表面结大、结构疏松、能循环定期补充、利用率高；原料简单易得、制备方法简单、大大节约了设备投资与运行成本。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
基于铁铝催化的金属载体材料的制备：
A、选取含铁量为97％的海绵铁材料350重量份，氧化铝材料10重量份，剔除各自的杂质；
B、用粉碎机将上述两种材料分别粉碎成150目的细粉，之后将其混匀；
C、在温度为1500℃加入12重量份异氰酸酯到上述材料中，待其进入发泡阶段时融入8重量份纳米凹凸棒土,对该材料进行极化处理，使此材料具有良好的亲水性,并增强其氧化还原反应的阴阳极性能；
D、上述极化反应10min后，加入2.5重量份二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；
E、将经极化后的材料进行粉碎机粉碎到100目颗粒；
F、将E步骤的颗粒在500℃条件下经一氧化碳气流的加热炉中反应2h后，冷却即得基于铁铝催化的金属载体材料。
实施例2：
基于铁铝催化的金属载体材料的制备：
A、选取含铁量为96％的海绵铁材料200重量份，氧化铝材料6重量份；
B、用粉碎机将上述材料分别粉碎成100目的细粉，之后将其混匀；
C、在温度为1500℃加入8重量份异氰酸酯到上述材料中，待其进入发泡阶段时融入6重量份纳米凹凸棒,对该材料进行极化处理，使此材料具有良好的亲水性,并增强其氧化还原反应的阴阳极性能；
D、上述极化反应10min后，加入3重量份二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；
E、将经极化后的材料进行粉碎机粉碎到80目颗粒；
F、将E步骤的颗粒在500℃条件下经一氧化碳气流的加热炉中反应2h后，冷却即得基于铁铝催化的金属载体材料。
实施例3
本发明材料用于处理高浓度有机废水的应用实施例
1、本发明铁铝催化的金属载体材料的制备：
A、选取含铁量为96％的海绵铁材料80重量份，氧化铝材料2.5重量份；
B、用粉碎机将上述材料分别粉碎成120目的细粉，之后将其混匀；
C、在温度为1500℃加入6重量份异氰酸酯到上述材料中，待其进入发泡阶段时融入5重量份纳米凹凸棒,对该材料进行极化处理，使此材料具有良好的亲水性,并增强其氧化还原反应的阴阳极性能；
D、上述极化反应10min后，加入1.5重量份二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；
E、将经极化后的材料进行粉碎机粉碎到50目颗粒；
F、将E步骤的颗粒在500℃条件下经一氧化碳气流的加热炉中反应2h后，冷却即得基于铁铝催化的金属载体材料。
应用实施例
以下通过具体应用实施例来进一步描述本发明。
取一定量实施例3中制得的铁铝催化金属载体材料，投加到对氯苯酚初始浓度为200mg/L的反应器中，搅拌速度为260r/min，反应温度为25℃，每隔一定时间取样过PTFE滤膜后作HPLC分析，计算脱氯效率。
结果表明，90min时脱氯效率达到了74％，可见本发明中铁铝催化金属载体对对氯苯酚具有良好的脱氯效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于铁铝催化的金属载体材料，其特征在于，该材料由以下按重量份数计的原料组成：
2.根据权利要求1所述的铁铝催化的金属载体材料，其特征在于，该材料由以下按重量份数计的原料组成：
3.根据权利要求1或2所述的铁铝催化的金属载体材料，其特征在于所述的海绵铁中的碳含量为0.5-1％
4.一种制备权利要求1所述的铁铝催化的金属载体材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选取含铁量为96～97％海绵铁和氧化铝两种材料，剔除各自的杂质；
B、用粉碎机将上述步骤A中两种材料分别粉碎成100～200目的细粉，之后将两种粉碎后的金属材料细粉混匀；
C、在温度为1500℃条件下加入异氰酸酯到B步骤中的两种细粉混合物中，待进入发泡阶段时融入纳米凹凸棒土；
D、待步骤C反应10min后，加入二甲基硅油，搅拌20min，冷却至室温；
E、将D步骤中的冷却材料通过粉碎机粉碎到20～150目颗粒；
F、将E步骤的颗粒在500℃条件下经一氧化碳气流的加热炉中反应2h后，冷却即得所述的基于铁铝催化的金属载体材料。
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