CN110787802A - 一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法，属于环境功能材料技术领域。本发明为了提高现有非均相类芬顿催化剂的氧化还原反应循环稳定性和pH适用范围。本发明使用浸渍法将铁离子和铜离子负载在木质素上，过滤干燥，煅烧，洗涤，干燥后得到基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂。本发明的方法制备的CuFeO类芬顿催化剂适应的pH值范围为3～9之间，解决了非均相铁系芬顿催化剂的氧化还原反应循环稳定性差和pH使用范围低的问题，可代替传统芬顿催化剂用于有机废水深度处理。此外，本发明还具有制备方法简单、工艺成本低等优点。

Description

一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法，属于环境功能材料技术领域。
背景技术
木质素是一种广泛存在的可再生芳香族聚合物，被称为21世纪可被人类利用的最丰富的绿色资源之一。制浆造纸工业每年从植物中分离出5000万吨左右的工业木质素副产品，但95％以上的木质素或未被分离直接排入江河或浓缩后直接燃烧。如果能将木质素加以充分利用不仅可以降低环境污染，还可以有效利用生物质资源，从而达到节能减排的目的。
芬顿氧化技术作为一种新型的高级氧化技术，对有机废水的治理具有重要的作用。但是芬顿反应同样具有一定的不足：如：反应体系适应的pH值范围较窄，一般使用范围为3～5；当水处理结束后，残存的铁离子，使得溶液带有颜色；H2O2用量大，处理成本高。
非均相类芬顿催化剂的研发是解决传统芬顿技术使用过程的问题的重要途径。目前非均相类芬顿催化剂主要以铁系催化剂为主，比如含铁氧化物(如FeOOH，Fe2O3，Fe3O4)及铁单质。但是铁为基础的多相芬顿体系依然面临挑战，主要是由于要防止铁的沉淀需要严格控制pH，并且氧化还原反应循环稳定性较差。因此提供一种适应的pH值范围更宽，且氧化还原反应循环更加稳定的非均相类芬顿催化剂是十分必要的。
发明内容
本发明为了提高现有非均相类芬顿催化剂的氧化还原反应循环稳定性和pH适用范围，提供一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂及其制备方法及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂是将木质素经铁离子和铜离子浸渍改性后，煅烧、洗涤、干燥制成的。
该催化剂制备方法的操作步骤如下：
步骤一、将浓度为0.01mol/L～2mol/L的铁离子水溶液和浓度为0.01mol/L～2mol/L的铜离子水溶液与木质素混合，搅拌均匀，调节溶液至中性后，浸渍处理6h，过滤后对固体沉淀进行干燥处理；
步骤二、然后将固体沉淀置于炭化炉中，在惰性气体氮气保护下煅烧，洗涤，干燥，得到基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂。
进一步限定，步骤一中铁离子种类为Fe2+、Fe3+中的一种或两种。
进一步限定，步骤一中铜离子种类为Cu1+、Cu2+的一种或两种。
进一步限定，步骤一中木质素为碱木质素、硫酸盐木质素、酶水解木质素、酸水解木质素、木质素磺酸盐中的一种或多种以任意比例混合。
进一步限定，步骤一中铁离子与铜离子的物质的量比为1:(0.01～1)。
进一步限定，步骤一中铁离子和铜离子的总质量与木质素的质量比为1:(1～100)。
进一步限定，铁离子和铜离子的总质量与木质素的质量比为1:(2～10)。
进一步限定，步骤二中煅烧温度为300℃-1200℃，煅烧时间为4h。
进一步限定，步骤二中煅烧温度为600℃～900℃。
本发明有益效果：
本发明的CuFeO类芬顿催化剂适应的pH值范围为3～9之间，Cu的加入，一方面可替代Fe而对H2O2起催化作用，另外可加速Fe(II)/Fe(III)氧化还原反应循环，从而提高了CuFeO类催化剂的氧化还原反应循环稳定性差和pH使用范围。解决了非均相铁系芬顿催化剂的氧化还原反应循环稳定性差和pH使用范围低的问题，可代替传统芬顿催化剂用于有机废水深度处理。此外，本发明还具有制备方法简单、工艺成本低等优点。
附图说明
图1为CuFeO类芬顿催化剂的电镜扫描图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。
具体实施方式1：
将100mL的铁离子水溶液(0.01mol/L)和30ml的铜离子水溶液(0.01mol/L)与0.112g碱木质素混合，搅拌均匀，调解溶液至pH为6，浸渍6h。过滤后将固体沉淀物置于烘箱中干燥。然后将烘干的固体沉淀物置于炭化炉中，在惰性气体N2保护下，快速升温至900℃，煅烧4h后，使用去离子水超声洗涤，去除离子态铁，最后用乙醇清洗，去除表面的有机杂质，最后烘箱干燥，得到CuFeO类芬顿催化剂。
具体实施方式2：
将100mL的铁离子水溶液(0.01mol/L)和10ml的铜离子水溶液(0.01mol/L)与0.224g碱木质素混合，搅拌均匀，调解溶液至pH为6，浸渍6h。过滤后将固体沉淀物置于烘箱中干燥。然后将烘干的固体沉淀物置于炭化炉中，在惰性气体N2保护下，快速升温至900℃，煅烧4h后，使用去离子水超声洗涤，去除离子态铁，最后用乙醇清洗，去除表面的有机杂质，最后烘箱干燥，得到CuFeO类芬顿催化剂。
对比例1：
将100mL的铁离子水溶液(0.01mol/L)与0.112g碱木质素混合，搅拌均匀，调解溶液至pH为6，浸渍6h。过滤后将固体沉淀物置于烘箱中干燥。然后将烘干的固体沉淀物置于炭化炉中，在惰性气体N2保护下，快速升温至900℃，煅烧4h后，使用去离子水超声洗涤，去除离子态铁，最后用乙醇清洗，去除表面的有机杂质，最后烘箱干燥，得到铁系类芬顿催化剂。
将具体实施方式1和对比例1制备获得的CuFeO类芬顿催化剂和铁系类芬顿催化剂分别与双氧水配合使用，催化降解罗丹明B(使用罗丹明B模拟废水)，通过测定罗丹明B的脱色率来表征催化剂的催化降解性能。具体操作过程如下：
(1)CuFeO类芬顿催化剂：在常温下，向250mL具塞锥形瓶中加入100mL 100mg/L的罗丹明B水溶液，然后投入0.1g浓度为30％的H2O2和0.1g的具体实施方式1制得的CuFeO类芬顿催化剂，调解pH至选定值，以转速150r/min搅拌1h，测定并记录罗丹明B的脱色率。
(2)铁系类芬顿催化剂：在常温下，向250mL具塞锥形瓶中加入100mL 100mg/L的罗丹明B水溶液，然后投入0.1g浓度为30％的H2O2的对比例1制得的铁系类芬顿催化剂，调解pH至选定值，以转速150r/min搅拌1h，测定并记录罗丹明B的脱色率。
上述测试结果如下表所示：
Figure BDA0002282931020000031
由上表可知，CuFeO类芬顿催化剂具有更宽的pH使用范围。

Claims (10)

1.一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂，其特征在于，所述的类芬顿催化剂是将木质素经铁离子和铜离子浸渍后，煅烧、洗涤、干燥制成的。
2.如权利要求1所述的基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：
步骤一、将浓度为0.01mol/L～2mol/L的铁离子水溶液和浓度为0.01mol/L～2mol/L的铜离子水溶液与木质素混合，搅拌均匀，调节溶液至中性后，浸渍处理6h，过滤后对固体沉淀进行干燥处理；
步骤二、然后将固体沉淀置于炭化炉中，在惰性气体保护下煅烧，洗涤，干燥，得到基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中铁离子种类为Fe2+、Fe3+中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中铜离子种类为Cu1+、Cu2+的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中木质素为碱木质素、硫酸盐木质素、酶水解木质素、酸水解木质素、木质素磺酸盐中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中铁离子与铜离子的物质的量比为1:(0.01～1)。
7.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中铁离子和铜离子的总质量与木质素的质量比为1:(1～100)。
8.根据权利要求7所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的铁离子和铜离子的总质量与木质素的质量比为1:(2～10)。
9.根据权利要求2所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中煅烧温度为300℃-1200℃，煅烧时间为4h。
10.根据权利要求9所述的一种基于木质素的CuFeO类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中煅烧温度为600℃～900℃。
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