CN109364978B - 类芬顿催化剂制备方法及其在有机废水处理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种类芬顿催化剂制备方法及其在有机废水处理中的应用，其中，方法包括：将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.005～0.02；将第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热3h～7h之后，降至室温，记作第二混合物；用去离子水洗涤第二混合物之后放置于烘箱中干燥，得到类芬顿催化剂。通过本发明的技术方案，制备出来的类芬顿催化剂在酸性和碱性条件下都比较稳定，从而拓展了芬顿反应的适用范围，而且该类芬顿催化剂呈固态，可以回收利用，减少了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及有机废水处理技术领域，具体而言，涉及一种类芬顿催化剂制备方法和一种类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用。
背景技术
随着经济的飞速发展，人们对污水的排放也日趋严格，废水中的有机污染物处理至关重要。传统的芬顿反应通常需要在酸性条件下才能表现出催化活性，而且反应过程还会产生大量的含铁污泥，不但催化剂的性能差，合成方法复杂，而且处理工序较复杂，成本较高，不利于推广应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供一种类芬顿催化剂制备方法。
本发明的另一个目的在于提供一种类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的技术方案提供了一种类芬顿催化剂制备方法，包括：将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.005～0.02；将第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热3h～7h之后，降至室温，记作第二混合物；用去离子水洗涤第二混合物之后放置于烘箱中干燥，得到类芬顿催化剂。
在该技术方案中，采用三聚氰胺为前驱体合成石墨相氮化碳，以氯化钾与氯化锂为熔融介质，在外界较高能量作用下，可以克服g-C3N4层与层之间的范德华力，得到纳米片状结构，而g-C3N4是一种sp2共轭体系的聚合物半导体，当获得外界更高能量时，g-C3N4纳米片会通过生成纳米管来降低体系吉布斯自由能，与此同时，铁离子与C3N4中的氮形成配位键，被固定在C3N4嗪环内，没有向表面扩散，金属离子原位生于碳化氮纳米管的三嗪环内，使得制备出来的类芬顿催化剂在酸性和碱性条件下都比较稳定，从而拓展了芬顿反应的适用范围，而且该类芬顿催化剂呈固态，可以回收利用，减少了对环境的污染，另外，本发明提出的类芬顿催化剂制备方法无需引入任何有机熔剂，环保、经济适用，符合实际生产需要，可以大规模推广使用，而且可以再生使用，再生多次后仍然具有良好的光催化性能。
在上述技术方案中，优选地，放置于马弗炉中加热具体为以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持。
在该技术方案中，放置于马弗炉中加热具体为以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持，进一步有利于金属原子原位生成于碳化氮纳米管的三嗪环内，进一步提升稳定性能。
在上述任一项技术方案中，优选地，烘箱中干燥的干燥温度为75℃～85℃，干燥时长为2.5h～3.5h。
在该技术方案中，通过烘箱中干燥的干燥温度为75℃～85℃，干燥时长为2.5h～3.5h，能够将洗涤产生的水分蒸发，有利于类芬顿催化剂的储存和使用。
在上述任一项技术方案中，优选地，烘箱中干燥的干燥温度为80℃，干燥时长为3h。
在该技术方案中，通过烘箱中干燥的干燥温度为80℃，干燥时长为3h，进一步能够将洗涤产生的水分蒸发，有利于类芬顿催化剂的储存和使用。
在上述任一项技术方案中，优选地，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.01。
在该技术方案中，通过三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.01，使得制备出来的类芬顿催化剂的性能稳定，提升了对有机废水的降解率。
本发明的第二方面的技术方案提出了一种类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用，有机废水中包括盐酸四环素，包括：每50mL含有浓度为1×10-4M盐酸四环素的有机废水中，加入50mg类芬顿催化剂，加入0.4mL质量分数为30％的双氧水，调节pH值为3～11，反应时间为0.5h～1h。
在该技术方案中，类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用时，加入双氧水，与双氧水作用下，对有机废水的降解性能优良，而且在pH值为3～11下都有较好的效果，降解率可达98％～99.5％。
在上述技术方案中，优选地，调节pH值为7。
在该技术方案中，调节pH值为7，此条件下，类芬顿催化剂对有机废水的降解性能优良，进一步有利于提升降解率。
通过以上技术方案，采用三聚氰胺为前驱体合成石墨相氮化碳，以氯化钾与氯化锂为熔融介质，使得金属离子原位生于碳化氮纳米管的三嗪环内，使得制备出来的类芬顿催化剂在酸性和碱性条件下都比较稳定，从而拓展了芬顿反应的适用范围，而且该类芬顿催化剂呈固态，可以回收利用，减少了对环境的污染，另外，本发明提出的类芬顿催化剂制备方法无需引入任何有机熔剂，环保、经济适用，合成方法简单，符合实际生产需要，可以大规模推广使用，而且可以再生使用，再生多次后仍然具有良好的光催化性能，类芬顿催化剂与双氧水作用下，对有机废水降解性能优良。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的类芬顿催化剂的透射电镜图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的类芬顿催化剂的X射线光电子能谱分析图。
具体实施方式
本发明公开了一种类芬顿催化剂制备方法及其在有机废水处理中的应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.005；将第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热，以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持3h之后，降至室温，记作第二混合物；用去离子水洗涤第二混合物之后放置于烘箱中干燥，干燥温度为75℃，干燥时长2.5h，得到类芬顿催化剂。
50mL含有浓度为1×10-4M盐酸四环素的有机废水中，加入50mg类芬顿催化剂，加入0.4mL质量分数为30％的双氧水，调节pH值为3，反应时间为0.8h。
有机废水中盐酸四环素的降解率为98.0％。
实施例2
将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.02；将第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热，以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持7h之后，降至室温，记作第二混合物；用去离子水洗涤第二混合物之后放置于烘箱中干燥，干燥温度为85℃，干燥时长3.5h，得到类芬顿催化剂。
50mL含有浓度为1×10-4M盐酸四环素的有机废水中，加入50mg类芬顿催化剂，加入0.4mL质量分数为30％的双氧水，调节pH值为11，反应时间为1h。
有机废水中盐酸四环素的降解率为98.5％。
实施例3
将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.01；将第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热，以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持5h之后，降至室温，记作第二混合物；用去离子水洗涤第二混合物之后放置于烘箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时长3h，得到类芬顿催化剂，类芬顿催化剂的透射电镜图如图1所示，类芬顿催化剂存在短粗的纳米管形状，类芬顿催化剂的X射线光电子能谱分析图如图2所示，其中，C、N表明成功制备了C3N4，O是C3N4吸附的氧气，Fe是金属离子与C3N4的三嗪环形成配合物所致。
50mL含有浓度为1×10-4M盐酸四环素的有机废水中，加入50mg类芬顿催化剂，加入0.4mL质量分数为30％的双氧水，调节pH值为7，反应时间为0.5h。
有机废水中盐酸四环素的降解率为99.5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种类芬顿催化剂制备方法，其特征在于，包括：
将三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁混合均匀，记作第一混合物，三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.005～0.02；
将所述第一混合物装入坩埚中盖上盖子放置于马弗炉中加热3h～7h之后，降至室温，记作第二混合物，所述放置于马弗炉中加热具体为以每分钟1℃～5℃的升温速率上升至400℃～500℃，并保持；
用去离子水洗涤所述第二混合物之后放置于烘箱中干燥，得到所述类芬顿催化剂。
2.根据权利要求1所述的类芬顿催化剂制备方法，其特征在于，
所述烘箱中干燥的干燥温度为75℃～85℃，干燥时长为2.5h～3.5h。
3.根据权利要求2所述的类芬顿催化剂制备方法，其特征在于，
所述烘箱中干燥的干燥温度为80℃，干燥时长为3h。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的类芬顿催化剂制备方法，其特征在于，
三聚氰胺、氯化锂、氯化钾、三氯化铁的质量比为1:9:11:0.01。
5.一种采用权利要求1至4中任一项所述制备方法得到的类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用，所述有机废水中包括盐酸四环素，其特征在于，包括：
每50mL含有浓度为1×10-4M盐酸四环素的有机废水中，加入50mg所述类芬顿催化剂，加入0.4mL质量分数为30％的双氧水，调节pH值为3～11，反应时间为0.5h～1h。
6.根据权利要求5所述的类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用，其特征在于，
调节所述pH值为7。
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