CN109847764A - 一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法和应用，它涉及一种制备类Fenton催化剂的方法和应用。本发明的目的是要解决现有传统类Fenton催化剂分离回收复杂和在近中性条件下催化活性低的缺点。方法：一、钛合金表面预处理；二、制备电解液；三、等离子体电解氧化反应，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂。硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂用于处理含有苯酚的废水。本发明制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂在中性体系下3min内对苯酚的降解效率可达99％以上，且可以多次循环利用。本发明制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂适用于降解苯酚。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备类Fenton催化剂的方法和应用。
背景技术
酚类化合物广泛应用于石油化工、纺织、染料、医药等行业，导致工业废水中残留了大量的苯酚及其衍生物，这些含酚废水流入水环境后对地表水、地下水都会造成严重的污染，给环境和人类带来极大危害。苯酚是酚类化合物中最基本也是最常用的一种小分子有机物，含苯酚废水具有持久性、难生物降解性、高毒性等特点，采用传统的水处理技术如吸附、化学混凝沉淀、膜过滤、化学氧化、生物处理等很难将去彻底去除。Fenton氧化技术利用Fe2+和H2O2反应产生强氧化性轻基自由基(·OH)，可将苯酚氧化降解为无毒或低毒的有机小分子酸，进而将其矿化为CO2和H2O，该技术在处理废水中残留的苯酚及其它持久性有机污染物领域有着广泛的应用前景。
异相类Fenton催化剂的发展解决了传统均相Fenton催化剂存在的pH适用范围窄、产生铁泥污染以及难以循环利用等问题，膜层型类Fenton催化剂的出现进一步解决了粉体型类Fenton催化剂分离回收困难的缺点。针对膜层型类Fenton催化剂存在的中性条件下活性低、处理耗时长的缺陷，经掺硫改性后，可大大提高类Fenton催化剂在中性条件下的催化活性，缩短污染物处理时间。着归因于，其一，含硫基团作为一类富电子基团，可促进Fenton链反应中Fe3+向Fe2+转变；其二，含硫基团可赋予催化剂表面固体酸性质，促进类Fenton链反应的进行。
等离子体电解氧化法是一种高效制备膜层的方法，具有环境友好、成本低廉的优点，所得膜层结合力高、拥有复杂的孔道结构，具有较大的比表面积，即有利于液相传质及良好的耐冲刷特性，也能为催化反应提供更多潜在活性位点，因而在制备膜层催化剂领域引起了研究者的广泛关注。采用等离子体电解氧化法制备类Fenton催化剂膜层时，加入磷酸盐可以促进膜层生长，提高膜层的力学性能。但由于磷酸盐与铁离子之间过强的结合力，使得铁离子不易暴露出来参与类Fenton反应，造成铁离子中毒失去活性，这使得膜层的类Fenton催化活性大大降低。目前，尽管一些研究者采用等离子体电解氧化物制备出了类Fenton催化剂，但所能查阅到的制备工艺要么直接采用磷酸盐为主盐体系，要么使用磷酸盐为添加剂，降低了等离子体电解氧化物法用于制备膜层类Fenton催化剂领域的应用价值。
发明内容
本发明的目的是要解决现有传统类Fenton催化剂分离回收复杂和在近中性条件下催化活性低的缺点，而提供一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法和应用。
一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，是按以下步骤完成的：
一、钛合金表面预处理：
依次使用500#砂纸、1000#砂纸和2000#砂纸对钛合金的表面进行打磨至钛合金表面为镜面；使用去离子水冲洗钛合金的表面3次～5次，然后使用吹风机吹干，得到表面光亮的钛合金；
二、制备电解液：
将硅酸钠加入到去离子水中，搅拌至硅酸钠完全溶解，再加入铁氰化钾，继续搅拌至铁氰化钾完全溶解，最后加入硫代硫酸钠，搅拌至硫代硫酸钠完全溶解，得到电解液；
步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为10g/L～35g/L，铁氰化钾的浓度为0.5g/L～25g/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5g/L～25g/L；
三、等离子体电解氧化反应：
将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为1A/dm2～30A/dm2、电源频率500Hz～2000Hz、占空比15％～50％、电解液温度25℃～35℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应2min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～5次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～5次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
本发明的优点：
一、本发明电解液体系成分少，原料廉价易得，且制备工艺简单，一步反应即可制备成功且反应仅需5min内即可完成：
二、本发明首次在无磷酸盐添加的体系中利用等离子体电解氧化反应制备出具有高催化活性的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂；
三、本发明采用的制备工艺可规模化生产，在处理有机废水领域具有良好的工业价值；
四、本发明制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂力学性能较好，可以耐受30min的超声，且回收方便，直接取出来使用水清洗就好；
五、本发明制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂为灰黑色，表面为粗糙多孔结构，在中性体系下，3min内对苯酚的降解效率可达99％以上，且可以多次循环利用。
本发明制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂适用于降解苯酚。
附图说明
图1为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂放大5000倍的SEM图；
图2为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂放大20000倍的SEM图；
图3为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的EDS图；
图4为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的XRD图；
图5为降解含有苯酚的废水的降解效率图，图中1为实施例二中利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂和双氧水共同降解含有苯酚的废水的降解效率曲线，2为实施例三中利用双氧水降解含有苯酚的废水的降解效率曲线，3为实施例四中利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解含有苯酚的废水的降解效率曲线；
图6为利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂多次降解苯酚的降解效率图，图中1为第一次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，2为第二次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，3为第三次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，4为第四次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线；
图7为图6利用一级反应动力学方程对数据线性拟合的结果图；
图8为降解苯酚的效果图，图中1为利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，2为利用对比实施例一制备的类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法是按以下步骤完成的：
一、钛合金表面预处理：
依次使用500#砂纸、1000#砂纸和2000#砂纸对钛合金的表面进行打磨至钛合金表面为镜面；使用去离子水冲洗钛合金的表面3次～5次，然后使用吹风机吹干，得到表面光亮的钛合金；
二、制备电解液：
将硅酸钠加入到去离子水中，搅拌至硅酸钠完全溶解，再加入铁氰化钾，继续搅拌至铁氰化钾完全溶解，最后加入硫代硫酸钠，搅拌至硫代硫酸钠完全溶解，得到电解液；
步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为10g/L～35g/L，铁氰化钾的浓度为0.5g/L～25g/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5g/L～25g/L；
三、等离子体电解氧化反应：
将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为1A/dm2～30A/dm2、电源频率500Hz～2000Hz、占空比15％～50％、电解液温度25℃～35℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应2min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～5次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～5次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中所述的搅拌速度为150r/min～200r/min。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为10g/L～15g/L，铁氰化钾的浓度为0.5g/L～10g/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5g/L～10g/L。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为15g/L～25g/L，铁氰化钾的浓度为10g/L～15g/L，硫代硫酸钠的浓度为10g/L～15g/L。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为30g/L～35g/L，铁氰化钾的浓度为20g/L～25g/L，硫代硫酸钠的浓度为20g/L～25g/L。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为1A/dm2～10A/dm2、电源频率500Hz～1000Hz、占空比15％～20％、电解液温度25℃～30℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应2min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～4次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～4次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为10A/dm2～20A/dm2、电源频率1000Hz～2000Hz、占空比20％～30％、电解液温度30℃～35℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应3min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～5次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～5次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为20A/dm2～25A/dm2、电源频率1000Hz～1500Hz、占空比30％～40％、电解液温度28℃～30℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应4min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式是硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂用于处理含有苯酚的废水。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂用于处理含有苯酚的废水是按以下步骤完成的：
将硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂加入到温度为20℃～40℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为100r/min～500r/min下加入质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为100r/min～500r/min下搅拌反应2min～3min，得到处理后的水；所述的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的几何面积与含有苯酚的废水的体积比(8cm2～10cm2):50mL；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为20mg/L～50mg/L；所述的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的几何面积与质量分数为30％的双氧水的体积比为(5cm2～10cm2):0.034mL。其它步骤与具体实施方式九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，是按以下步骤完成的：
一、钛合金表面预处理：
依次使用500#砂纸、1000#砂纸和2000#砂纸对钛合金的表面进行打磨至钛合金表面为镜面；使用去离子水冲洗钛合金的表面4次，然后使用吹风机吹干，得到表面光亮的钛合金；
二、制备电解液：
将硅酸钠加入到去离子水中，搅拌至硅酸钠完全溶解，再加入铁氰化钾，继续搅拌至铁氰化钾完全溶解，最后加入硫代硫酸钠，搅拌至硫代硫酸钠完全溶解，得到电解液；
步骤二中所述的搅拌速度为150r/min；
步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为30g/L，铁氰化钾的浓度为20g/L，硫代硫酸钠的浓度为20g/L；
三、等离子体电解氧化反应：
将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为20A/dm2、电源频率2000Hz、占空比30％、电解液温度30℃和电解液pH值为10的条件下进行等离子体电解氧化反应5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
图1为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂放大5000倍的SEM图；
图2为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂放大20000倍的SEM图；
由图1和图2的SEM图可知，实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂表面具有典型的孔洞结构，最大孔洞孔径约1μm，大部分孔洞孔径小于0.5μm。
图3为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的EDS图；
从图3的EDS图可以看出，实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂主要含有Fe、Si、O、C以及少量Ti元素。其中，Ti是基体元素，样品成功引入了Fe、Si、O、C元素。
表1是图3中各元素的含量。
表1
| 元素 | O | Fe | Si | C | S | Ti |
| 含量/％ | 55.4 | 18 | 17 | 7.7 | 1.5 | 0.4 |
图4为实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的XRD图；
从图4可知，实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂存在Fe2O3、Fe3O4和Ti三个衍射峰，其中，Ti衍射峰来源于基体，硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂中形成了Fe2O3和Fe3O4晶相。
降解苯酚的性能测试：
实施例二：利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂和双氧水共同降解含有苯酚废水是按以下步骤完成的：
将10cm2实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂加入到50mL温度为30℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应0min～3min，得到处理后的水；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为35mg/L，降解苯酚的效率如图5中曲线1所示；
实施例三：利用双氧水降解含有苯酚废水是按以下步骤完成的：
将0.034mL质量分数为30％的双氧水加入到50mL温度为30℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应0min～3min，得到处理后的水；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为35mg/L，降解苯酚的效率如图5中曲线2所示；
实施例四：利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解含有苯酚的废水是按以下步骤完成的：
将10cm2实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂加入到50mL温度为30℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应0min～3min，得到处理后的水；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为35mg/L，降解苯酚的效率如图5中曲线3所示；
图5为降解含有苯酚的废水的降解效率图，图中1为实施例二中利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂和双氧水共同降解含有苯酚的废水的降解效率曲线，2为实施例三中利用双氧水降解含有苯酚的废水的降解效率曲线，3为实施例四中利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解含有苯酚的废水的降解效率曲线；
从图5可知，实施例二中利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂和双氧水共同降解含有苯酚废水3min，苯酚去除率可达99％，而实施例三和实施例四单独使用双氧水或单独使用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的条件下降解苯酚的效率可忽略。
循环降解实验：
第一次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂和双氧水共同降解含有苯酚废水是按以下步骤完成的：
将10cm2实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂加入到50mL温度为30℃、浓度为35mg/L的含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，每隔一段时间移取含有苯酚的废水进行检测，计算降解率，第一次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线如图6中曲线1所示；
使用去离子对第一次降解苯酚后的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂冲洗5次，再使用吹风机吹干，再将其浸入到50mL温度为30℃、浓度为35mg/L的含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，每隔一段时间移取含有苯酚的废水进行检测，计算降解率，第二次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线如图6中曲线2所示；
使用去离子对第二次降解苯酚后的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂冲洗5次，再使用吹风机吹干，再将其浸入到50mL温度为30℃、浓度为35mg/L的含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，每隔一段时间移取含有苯酚的废水进行检测，计算降解率，第三次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线如图6中曲线3所示；
使用去离子对第三次降解苯酚后的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂冲洗5次，再使用吹风机吹干，再将其浸入到50mL温度为30℃、浓度为35mg/L的含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，每隔一段时间移取含有苯酚的废水进行检测，计算降解率，第四次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线如图6中曲线4所示；
图6为利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂多次降解苯酚的降解效率图，图中1为第一次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，2为第二次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，3为第三次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，4为第四次利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线；
从图6可知，随着循环次数的增多，催化活性逐渐降低，第三次后催化活性降低明显，但仍保持较高的催化活性。
图7为图6利用一级反应动力学方程对数据线性拟合的结果图；
由图7可知，反应遵循准一级反应动力学过程，第四次循环分为两个阶段，说明随着实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂表面催化活性位点的减少，类Fenton反应的发生存在一个启动过程，反应需要一个诱导期。
对比实施例一：一种制备类Fenton催化剂的方法，是按以下步骤完成的：
一、钛合金表面预处理：
依次使用500#砂纸、1000#砂纸和2000#砂纸对钛合金的表面进行打磨至钛合金表面为镜面；使用去离子水冲洗钛合金的表面4次，然后使用吹风机吹干，得到表面光亮的钛合金；
二、制备电解液：
首先将硅酸钠加入到去离子水中，搅拌至硅酸钠完全溶解，然后加入铁氰化钾，继续搅拌至铁氰化钾完全溶解，再加入硫代硫酸钠，搅拌至硫代硫酸钠完全溶解，最后加入次亚磷酸钠，搅拌至次亚磷酸钠完全溶解，得到电解液；
步骤二中所述的搅拌速度为150r/min；
步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为30g/L，铁氰化钾的浓度为20g/L，硫代硫酸钠的浓度为20g/L，次亚磷酸钠的浓度为1.5g/L；
三、等离子体电解氧化反应：
将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为20A/dm2、电源频率2000Hz、占空比30％、电解液温度30℃和电解液pH值为10的条件下进行等离子体电解氧化反应5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到类Fenton催化剂，即完成一种制备类Fenton催化剂的方法。
降解苯酚试验：
(一)、将10cm2加入到50mL温度为30℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，得到处理后的水；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为35mg/L，降解苯酚的效率如图8中曲线1所示；
(二)、将10cm2对比实施例一制备的类Fenton催化剂加入到50mL温度为30℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为150r/min下加入0.034mL质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应，得到处理后的水；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为35mg/L，降解苯酚的效率如图8中曲线2所示；
图8为降解苯酚的效果图，图中1为利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线，2为利用对比实施例一制备的类Fenton催化剂降解苯酚的降解效率曲线。
从图8可知，利用实施例一制备的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂在3min内对苯酚的降解效率可达100％，利用对比实施例一制备的类Fenton催化剂在90min内对苯酚的降解效率为90％，这是由于磷酸盐与铁离子之间过强的结合力，使得铁离子不易暴露出来参与类Fenton反应，造成铁离子中毒失去活性，这使得膜层的类Fenton催化活性大大降低。
Claims (10)
1.一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法是按以下步骤完成的：
一、钛合金表面预处理：
依次使用500#砂纸、1000#砂纸和2000#砂纸对钛合金的表面进行打磨至钛合金表面为镜面；使用去离子水冲洗钛合金的表面3次～5次，然后使用吹风机吹干，得到表面光亮的钛合金；
二、制备电解液：
将硅酸钠加入到去离子水中，搅拌至硅酸钠完全溶解，再加入铁氰化钾，继续搅拌至铁氰化钾完全溶解，最后加入硫代硫酸钠，搅拌至硫代硫酸钠完全溶解，得到电解液；
步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为10g/L～35g/L，铁氰化钾的浓度为0.5g/L～25g/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5g/L～25g/L；
三、等离子体电解氧化反应：
将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为1A/dm2～30A/dm2、电源频率500Hz～2000Hz、占空比15％～50％、电解液温度25℃～35℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应2min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～5次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～5次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
2.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤二中所述的搅拌速度为150r/min～200r/min。
3.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为10g/L～15g/L，铁氰化钾的浓度为0.5g/L～10g/L，硫代硫酸钠的浓度为0.5g/L～10g/L。
4.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为15g/L～25g/L，铁氰化钾的浓度为10g/L～15g/L，硫代硫酸钠的浓度为10g/L～15g/L。
5.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤二中所述的电解液中硅酸钠的浓度为30g/L～35g/L，铁氰化钾的浓度为20g/L～25g/L，硫代硫酸钠的浓度为20g/L～25g/L。
6.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为1A/dm2～10A/dm2、电源频率500Hz～1000Hz、占空比15％～20％、电解液温度25℃～30℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应2min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～4次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～4次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
7.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为10A/dm2～20A/dm2、电源频率1000Hz～2000Hz、占空比20％～30％、电解液温度30℃～35℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应3min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次～5次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次～5次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
8.根据权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法，其特征在于步骤三中将步骤一中得到的表面光亮的钛合金置于不锈钢电解槽中的电解液中，作为阳极；不锈钢电解槽与电源负极相连接，作为阴极；采用恒流脉冲电源供电，在电流密度为20A/dm2～25A/dm2、电源频率1000Hz～1500Hz、占空比30％～40％、电解液温度28℃～30℃和电解液pH值为8～10的条件下进行等离子体电解氧化反应4min～5min，再将钛合金取出，首先使用去离子水对钛合金清洗3次，再使用无水乙醇对钛合金清洗3次，最后使用吹风机吹干，在钛合金表面得到硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂，即完成一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的方法。
9.如权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的应用，其特征在于硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂用于处理含有苯酚的废水。
10.如权利要求1所述的一种制备硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的应用，其特征在于硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂用于处理含有苯酚的废水是按以下步骤完成的：
将硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂加入到温度为20℃～40℃含有苯酚的废水中，再在搅拌速度为100r/min～500r/min下加入质量分数为30％的双氧水，再在搅拌速度为100r/min～500r/min下搅拌反应2min～3min，得到处理后的水；所述的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的几何面积与含有苯酚的废水的体积比(8cm2～10cm2):50mL；所述的含有苯酚的废水中苯酚的浓度为20mg/L～50mg/L；所述的硫改性铁氧化物膜层类Fenton催化剂的几何面积与质量分数为30％的双氧水的体积比为(5cm2～10cm2):0.034mL。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111672511A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种在钛合金表面制备γ-三氧化二铁/二氧化硅光芬顿催化剂复合膜层的方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004359726A (ja) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Ishihara Sangyo Kaisha Ltd | 有機化合物分解材 |
| WO2006070384A1 (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Council Of Scientific And Industrial Research | Eco-friendly photo-fenton catalyst-immobilized fe(iii) over hy-zeolite |
| KR20150069148A (ko) * | 2013-12-13 | 2015-06-23 | 주식회사 엘지화학 | 부텐-부타디엔 공정의 폐수 처리 방법 및 이를 이용한 폐수 처리 장치 |
| CN105413713A (zh) * | 2015-10-31 | 2016-03-23 | 中国地质大学（武汉） | 一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106345472A (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种制备硫改性铁基复合材料固体酸陶瓷膜层高效类芬顿催化剂的方法和应用 |
| CN109107589A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-01 | 华北电力大学 | 一种制备介孔硫修饰四氧化三铁/碳纳米管复合物的方法及应用 |
-
2019
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004359726A (ja) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Ishihara Sangyo Kaisha Ltd | 有機化合物分解材 |
| WO2006070384A1 (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Council Of Scientific And Industrial Research | Eco-friendly photo-fenton catalyst-immobilized fe(iii) over hy-zeolite |
| KR20150069148A (ko) * | 2013-12-13 | 2015-06-23 | 주식회사 엘지화학 | 부텐-부타디엔 공정의 폐수 처리 방법 및 이를 이용한 폐수 처리 장치 |
| CN105413713A (zh) * | 2015-10-31 | 2016-03-23 | 中国地质大学（武汉） | 一种硫改性的多孔氧化铁催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106345472A (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种制备硫改性铁基复合材料固体酸陶瓷膜层高效类芬顿催化剂的方法和应用 |
| CN109107589A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-01 | 华北电力大学 | 一种制备介孔硫修饰四氧化三铁/碳纳米管复合物的方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.S. VASILYEVA ET AL.: "Characterization and photocatalytic activity of SiO2，FeOx coatings formed by plasma electrolytic oxidation of titanium", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111672511A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种在钛合金表面制备γ-三氧化二铁/二氧化硅光芬顿催化剂复合膜层的方法和应用 |
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