CN110327917B - 焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，包括以下步骤：称取1.100‑1.104g高锰酸钾于100mL烧杯中；向烧杯中加入35‑37mL去离子水和35‑37mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；本发明利用金属氧化物与二氧化锰复合，首先，金属氧化物都具有光催化性能，其次，二氧化锰不仅具有不低的光催化性能，而且其比表面积大，吸附能力强，而金属氧化物复合二氧化锰，能提升其光催化性能，能显著提高光生电子与空穴的分离，大大提高催化剂的光催化活性，便于利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，提升其处理焦化废水中苯酚的能力。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂制作技术领域，尤其涉及焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法。
背景技术
焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和焦化产品回收的过程中产生的含有挥发酚、多环芳烃及氧、硫、氮等杂环化合物的一种高浓度、非理想体系的、非均相的难处理有机工业废水，其BOD5/COD值一般为0.28-0.32，可生化性差，较难生化降解。焦化废水具有污染物种类繁多，成分复杂，含有大量的难降解物，其所含污染物主要分为无机污染物和有机污染物，有机污染物种类繁多，主要存在形式有苯酚、对甲酚、邻苯二甲苯及其同系物。另外，还有杂环类化合物、多环芳烃以及脂肪族化合物等。焦化废水含的有机污染物严重抑制了微生物的生长及正常的代谢活动，导致其可生化性能下降，处理难度非常大；同时，含有大量致癌物质一多环芳径，不仅对水体造成严重的污染，而且对人类的身体健康造成巨大的危害。为促进焦化废水污染物减排和焦化行业可持续发展，2015年后新建企业将执行更高的排放标准。新标准的实施使焦化废水中COD达标排放的难度进一步加大，使得研究如何高效处理焦化废水中的苯酚，以使焦化废水更易达到排放标准的新工艺、新技术变得十分迫切，因此，本发明提出焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明提出焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，利用金属氧化物与二氧化锰复合，提升其光催化性能，显著提高光生电子与空穴的分离，大大提高催化剂的光催化活性，便于利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，提升其处理焦化废水中苯酚的能力。
本发明提出焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取1.100-1.104g高锰酸钾于100mL烧杯中；
步骤二：向烧杯中加入35-37mL去离子水和35-37mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；
步骤三：向步骤二的紫红色溶液中加入2.44-2.50g尿素和0.08-0.12g金属氧化物，得到混合物，超声后将其转移至100mL水热反应釜中，进行保温，待反应结束后将混合物自然冷却至室温，所述步骤三中，金属氧化物为氧化铋、氧化铁、氧化锡中的一种；
步骤四：用去离子水充分洗涤混合物中的沉淀，并在差速离心机中离心9-10min，取上清液测定混合物的pH值；
步骤五：重复步骤四的过程，直至pH值为中性，然后将所得产物在烘箱中进行干燥；
步骤六：将步骤五中干燥后的产物研磨成粉末，即得到金属掺杂二氧化锰光催化剂；
步骤七：将烧杯置于磁力搅拌器上，向烧杯中加入50mL苯酚废水和一定量步骤六所得的光催化剂，并放入转子，进行磁力搅拌，开启日光灯进行光催化反应，反应后抽取水样，过滤后在540nm波长下测定其吸光度，根据反应前后吸光度的变化求得催化剂对苯酚的降解效率。
进一步改进在于：所述步骤三中，将混合物超声8-10min后再将其转移至100mL压力溶弹中，在60℃-80℃下进行保温，保温时长9-11h。
进一步改进在于：所述步骤五中，将pH值为中性的混合物放在烘箱中干燥10-13h，烘箱内的温度控制在50-70℃。
进一步改进在于：所述步骤七中，磁力搅拌器为恒温常温，磁力搅拌进行3-5min，并控制搅拌转速为100-110转/min，且所述步骤七中，光催化反应的光源控制为60-70W，反应时长2.5-3.5h。
本发明的有益效果为：本发明利用金属氧化物与二氧化锰复合，首先，金属氧化物都具有光催化性能，其次，二氧化锰不仅具有不低的光催化性能，而且其比表面积大，吸附能力强，而金属氧化物复合二氧化锰，能提升其光催化性能，能显著提高光生电子与空穴的分离，大大提高催化剂的光催化活性，便于利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，提升其处理焦化废水中苯酚的能力，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取1.102g高锰酸钾于100mL烧杯中；
步骤二：向烧杯中加入36mL去离子水和36mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；
步骤三：向步骤二的紫红色溶液中加入2.47g尿素和0.1g氧化铋，得到混合物，超声10min后将其转移至100mL水热反应釜中，在70℃下进行保温，保温10h，待反应结束后将混合物自然冷却至室温；
步骤四：用去离子水充分洗涤混合物中的沉淀，并在差速离心机中离心10min，取上清液测定混合物的pH值；
步骤五：重复步骤四的过程，直至pH值为中性，然后将所得产物在烘箱中进行干燥，干燥12h，烘箱内的温度控制在60℃；
步骤六：将步骤五中干燥后的产物研磨成粉末，即得到金属掺杂二氧化锰光催化剂；
步骤七：将烧杯置于磁力搅拌器上，磁力搅拌器为恒温常温，向烧杯中加入50mL苯酚废水和一定量步骤六所得的光催化剂，并放入转子，进行磁力搅拌，磁力搅拌进行4min，并控制搅拌转速为100转/min，开启日光灯进行光催化反应，光催化反应的光源控制为65W，反应时长3h，反应后抽取水样，过滤后在540nm波长下测定其吸光度，根据反应前后吸光度的变化求得催化剂对苯酚的降解效率。
实施例二
焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取1.102g高锰酸钾于100mL烧杯中；
步骤二：向烧杯中加入36mL去离子水和36mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；
步骤三：向步骤二的紫红色溶液中加入2.47g尿素和0.1g氧化铁，得到混合物，超声10min后将其转移至100mL水热反应釜中，在70℃下进行保温，保温10h，待反应结束后将混合物自然冷却至室温；
步骤四：用去离子水充分洗涤混合物中的沉淀，并在差速离心机中离心10min，取上清液测定混合物的pH值；
步骤五：重复步骤四的过程，直至pH值为中性，然后将所得产物在烘箱中进行干燥，干燥12h，烘箱内的温度控制在60℃；
步骤六：将步骤五中干燥后的产物研磨成粉末，即得到金属掺杂二氧化锰光催化剂；
步骤七：将烧杯置于磁力搅拌器上，磁力搅拌器为恒温常温，向烧杯中加入50mL苯酚废水和一定量步骤六所得的光催化剂，并放入转子，进行磁力搅拌，磁力搅拌进行4min，并控制搅拌转速为100转/min，开启日光灯进行光催化反应，光催化反应的光源控制为65W，反应时长3h，反应后抽取水样，过滤后在540nm波长下测定其吸光度，根据反应前后吸光度的变化求得催化剂对苯酚的降解效率。
实施例三
焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取1.102g高锰酸钾于100mL烧杯中；
步骤二：向烧杯中加入36mL去离子水和36mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；
步骤三：向步骤二的紫红色溶液中加入2.47g尿素和0.1g氧化锡，得到混合物，超声10min后将其转移至100mL水热反应釜中，在70℃下进行保温，保温10h，待反应结束后将混合物自然冷却至室温；
步骤四：用去离子水充分洗涤混合物中的沉淀，并在差速离心机中离心10min，取上清液测定混合物的pH值；
步骤五：重复步骤四的过程，直至pH值为中性，然后将所得产物在烘箱中进行干燥，干燥12h，烘箱内的温度控制在60℃；
步骤六：将步骤五中干燥后的产物研磨成粉末，即得到金属掺杂二氧化锰光催化剂；
步骤七：将烧杯置于磁力搅拌器上，磁力搅拌器为恒温常温，向烧杯中加入50mL苯酚废水和一定量步骤六所得的光催化剂，并放入转子，进行磁力搅拌，磁力搅拌进行4min，并控制搅拌转速为100转/min，开启日光灯进行光催化反应，光催化反应的光源控制为65W，反应时长3h，反应后抽取水样，过滤后在540nm波长下测定其吸光度，根据反应前后吸光度的变化求得催化剂对苯酚的降解效率。
根据实施例一、实施例二和实施例三可以得出，本发明中通过氧化铁或氧化锡或氧化铋复合二氧化锰的光催化效率均较高，氧化铁、氧化锡、氧化铋适合作为二氧化锰的金属氧化物复合物，对焦化废水中苯酚的处理能力更强。
本发明利用金属氧化物与二氧化锰复合，首先，金属氧化物都具有光催化性能，其次，二氧化锰不仅具有不低的光催化性能，而且其比表面积大，吸附能力强，而金属氧化物复合二氧化锰，能提升其光催化性能，能显著提高光生电子与空穴的分离，大大提高催化剂的光催化活性，便于利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，提升其处理焦化废水中苯酚的能力，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：称取1.100-1.104g高锰酸钾于100mL烧杯中；
步骤二：向烧杯中加入35-37mL去离子水和35-37mL乙醇，充分搅拌后得到紫红色溶液；
步骤三：向步骤二的紫红色溶液中加入2.44-2.50g尿素和0.08-0.12g金属氧化物，得到混合物，超声后将其转移至100mL水热反应釜中，进行保温，待反应结束后将混合物自然冷却至室温，所述步骤三中，金属氧化物为氧化铋、氧化铁、氧化锡中的一种；
步骤四：用去离子水充分洗涤混合物中的沉淀，并在差速离心机中离心9-10min，取上清液测定混合物的pH值；
步骤五：重复步骤四的过程，直至pH值为中性，然后将所得产物在烘箱中进行干燥；
步骤六：将步骤五中干燥后的产物研磨成粉末，即得到金属掺杂二氧化锰光催化剂；
步骤七：将烧杯置于磁力搅拌器上，向烧杯中加入50mL苯酚废水和一定量步骤六所得的光催化剂，并放入转子，进行磁力搅拌，开启日光灯进行光催化反应，反应后抽取水样，过滤后在540nm波长下测定其吸光度，根据反应前后吸光度的变化求得催化剂对苯酚的降解效率。
2.根据权利要求1所述的焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤三中，将混合物超声8-10min后再将其转移至100mL水热反应釜中，在60℃-80℃下进行保温，保温时长9-11h。
3.根据权利要求1所述的焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤五中，将pH值为中性的混合物放在烘箱中干燥10-13h，烘箱内的温度控制在50-70℃。
4.根据权利要求1所述的焦化废水处理用金属掺杂二氧化锰光催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤七中，磁力搅拌器为恒温常温，磁力搅拌进行3-5min，并控制搅拌转速为100-110转/min，且所述步骤七中，光催化反应的光源控制为60-70W，反应时长2.5-3.5h。
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