CN111939911A - β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111939911A CN111939911A CN202010977472.8A CN202010977472A CN111939911A CN 111939911 A CN111939911 A CN 111939911A CN 202010977472 A CN202010977472 A CN 202010977472A CN 111939911 A CN111939911 A CN 111939911A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- feooh
- beta
- sio
- powder
- composite catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910003153 β-FeOOH Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 64
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 21
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 18
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 7
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 7
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 7
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 5
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M bromate Inorganic materials [O-]Br(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N bromic acid Chemical compound OBr(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
- C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
本发明提供了用于非均相Fenton氧化技术处理染料废水的β‑FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将适量β‑FeOOH粉末加入水中，常温下搅拌25‑35min使二者混合均匀；然后加入适量研磨好的SiO2粉末，再按照SiO2粉末与水一定的重量体积比加入水，常温下搅拌4‑5h使混合均匀，呈均匀分散的悬浮液，得到反应液；将反应液转移至水热反应釜中，在70~110°C下反应4~11h；取出冷却至室温；将得到的沉淀物分离、洗涤、干燥，即得到β‑FeOOH/SiO2复合催化剂。所述的制备方法过程简单、条件温和，所述原料与采用的装置均价格适中，有利于实现大规模的应用；且在降解过程中产生的铁泥少，对多种染料的降解效率高。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备及其通过非均相Fenton法降解染料废水的应用。
背景技术
印染废水是导致我国水环境污染的重要污染源；由于其结构复杂，在环境中可以长期稳定存在且具有很强的毒性，采用传统的处理方法难以实现这类污染物的高效降解。根据文献报道，目前研究人员多采用均相Fenton氧化技术进行染料废水的处理。Fenton氧化技术的原理是：过氧化氢在铁离子的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基，进而通过羟基自由基与有机物作用使其降解。因此其采用的氧化物无选择性、氧化能力强，能将有机物最终降解为CO2和H2O等，从而能够有效处理难降解的毒性有机污染物。但这种方法存在下述问题，从而在很大程度上限制了应用：(1)羟基自由基的生成率以及利用率低；(2)pH应用范围较窄，调节废水的pH值会导致成本的增加；(3)含铁离子的催化剂反应后易产生含铁污泥，因此难以回收而不利于循环使用。
非均相Fenton技术是将铁离子固定在一定载体上的一类反应体系，在对废水进行处理时，首先将有机分子吸附到催化剂表面，在铁离子和过氧化氢作用下发生分解反应，降解后的产物脱附返回到溶液中。非均相Fenton催化剂可以在一定程度上解决了均相体系pH应用范围较窄、催化剂活性组分易流失的技术问题，但仍然存在需要调节pH值和过氧化氢利用率不高等问题。
β-FeOOH易于制备、生产成本低，晶体颗粒分布较均匀，具有较大的比表面积以及窄的孔分布，在水处理领域中有着广泛的应用前景。SiO2是硅酸盐类非金属矿物，其化学性质稳定、机械强度大且廉价易得，是合适的载体材料。石隽隽等(石英砂负载β-FeOOH吸附去除饮用水中痕量溴酸盐的研究[D].山东大学，2012)报道了重复负载法制备石英砂负载β-FeOOH(CACQS)的方法。该方法首先将载体用盐酸进行酸洗后水洗至中性，在105℃下烘干；然后将壳聚糖溶解在醋酸溶液中得到壳聚糖溶液；再将三氯化铁溶液与正丙醇混合后，加入壳聚糖溶液以及尿素搅拌溶解；接着在84℃下与石英砂搅拌，过滤干燥洗涤后再烘干，得到负载催化剂，且需重复上述过程再进行重复负载。因此，所述的制备方法不但步骤繁琐，而且需加入壳聚糖、尿素等较昂贵试剂，成本高昂，难以实现大规模的应用。开发制备方法简单且成本较低的催化剂是印染废水处理中亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中Fenton氧化技术处理染料废水技术所存在的问题，本发明提供了用于非均相Fenton氧化技术处理染料废水的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法。所述制备方法过程简单、操作条件温和；将其应用于染料废水降解时无需调节pH值，降解过程产生的铁泥少，降解后的催化剂易于从反应体系中分离，适用于降解多种染料废水。
本发明的技术方案：β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照1:(5～20)的重量体积比，将适量β-FeOOH粉末加入水中；常温下搅拌25-35min使二者混合均匀；然后加入适量研磨好的SiO2粉末，再按照SiO2粉末与水1:(5～20)的重量体积比加入水，常温下搅拌4-5h使混合均匀，呈均匀分散的悬浮液，得到反应液，待用；所述β-FeOOH粉末与SiO2粉末的重量比为1:(0.5～4)。
其中，所述的β-FeOOH可通过下述方法制备得到：配制0.1～1.0mol/L FeCl3溶液，在55～65℃的温度条件下水解，然后将得到的沉淀物离心、洗涤、干燥，即得到β-FeOOH。步骤(1)所述的β-FeOOH粉末的粒径为长100-300nm、宽30-60nm；所述SiO2粉末的粒径为200目-500目。
(2)将步骤(1)得到的反应液转移至水热反应釜中，在70～110℃下反应4～11h。如果反应的时间太短，得到的材料不具备较好的结晶程度；而如果反应的时间太长，则会破坏材料的结晶程度。
(3)将步骤(2)反应后的溶液取出，冷却至室温；将得到的沉淀物分离、洗涤、干燥，即得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂；所述的干燥为常压干燥，干燥温度为40-60℃。
优选的是，步骤(1)中所述的β-FeOOH固体粉末与水的重量体积比为1:(9-11)；所述的SiO2粉末与水的重量体积比为1:(9～11)；所述β-FeOOH与SiO2的重量比为1:(1～3)。
优选的是，步骤(2)水热反应釜中的温度为80～100℃，反应时间为7-9h。
β-FeOOH/SiO2复合催化剂的应用，将其应用于非均相Fenton法降解染料废水。其中，所述β-FeOOH/SiO2复合催化剂的用量为：每200mg/L染料投加2.5-10g/L的β-FeOOH/SiO2复合催化剂和0.05-0.15L/L的过氧化氢。所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂中，SiO2负载β-FeOOH后，其表面的附着位点增多，可借助静电作用吸附染料废水；而且β-FeOOH对染料分子也具有存在选择性的化学吸附作用；此外，该催化剂可促使过氧化氢产生具有很高化学活性的羟基自由基，进而高效降解染料分子。
催化剂降解染料废水的原理：所述β-FeOOH/SiO2复合催化剂，由于β-FeOOH自身结构中含有的氯离子在降解过程中会与体系中的氢氧根离子发生一定程度离子交换，使体系呈酸性；因此在降解过程不需要加入酸液调节溶液的pH，克服了一般Fenton催化剂在降解的过程中需要加入硫酸、硝酸等调节溶液的pH的缺点，减少了腐蚀设备的风险。此外，所述催化剂可在酸性环境中溶解产生足够的三价铁离子，过氧化氢将三价铁离子还原成二价铁离子，而二价铁离子则高效地催化过氧化氢产生羟基自由基；且酸性环境中过氧化氢的分解速率小，性质更加稳定，在该催化剂的作用下可以产生更多的羟基自由基，因此该催化剂对过氧化氢有较高的利用率，在降解过程中需要添加过氧化氢的量少于其他Fenton催化剂，从而节约了过氧化氢的用量，降低了降解成本。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的制备方法过程简单、条件温和，所述原料与采用的装置均价格适中，有利于实现大规模的应用。
(2)本发明所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂，在降解染料废水的过程中无需调节pH值，并借助芬顿试剂产生的具有强活性的羟基自由基、静电吸附作用以及Fe3+的絮凝作用共同高效处理染料废水。
(3)所述β-FeOOH/SiO2复合催化剂颗粒尺寸较小，比表面积较大，β-FeOOH及SiO2的共同作用导致材料表面的活性位点多，具有较高的吸附以及催化降解活性，因此适用于多种有机污染物的去除。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：10.0mL，磁力搅拌30min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：1.0比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：10.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌4.5h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在90℃下反应8h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为5g/L，加入过氧化氢的量为0.1L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
实施例2：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：9.0mL，磁力搅拌25min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：2.0比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：18.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌4h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在80℃下反应11h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为2.5g/L，加入过氧化氢的量为0.05L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
实施例3：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：5.0mL，磁力搅拌35min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：3.0比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：20.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌5h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在70℃下反应9h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为10g/L，加入过氧化氢的量为0.15L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
实施例4：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：11.0mL，磁力搅拌30min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：0.5比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：11.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌4～5h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在110℃下反应9h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为8g/L，加入过氧化氢的量为0.12L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
实施例5：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：10.0mL，磁力搅拌30min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：2.0比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：20.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌4.5h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在100℃下反应7h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为3.5g/L，加入过氧化氢的量为0.1L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
实施例6：
一种非均相Fenton法降解染料废水的SiO2负载β-FeOOH的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制0.1～1mol/L FeCl3溶液，在水浴锅内55～65℃水解，取出铁沉淀物后离心，洗涤，干燥得到β-FeOOH，待用。
(2)在有磁子的烧杯中加入蒸馏水，加入步骤(1)中的β-FeOOH固体粉末，β-FeOOH与蒸馏水的比例为1.0g：10.0mL，磁力搅拌35min后，按照β-FeOOH与SiO2的质量比为1.0：4.0比例加入研磨好的SiO2，再与SiO2按照1.0g：10.0mL的比例加入蒸馏水，磁力搅拌4.5h，待用。
(3)将步骤(2)中得到的反应液转移到水热反应釜中，在100℃下反应4h。
(4)将步骤(3)中反应后的溶液取出，冷却至室温，将生成的沉淀物离心，洗涤，干燥后得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
将上述制备得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂用于降解染料废水：
在具塞的锥形瓶中加入200mg/L的染料，加入β-FeOOH/SiO2复合催化剂和过氧化氢，其中复合催化剂的量为5g/L，加入过氧化氢的量为0.1L/L；摇匀后置于30～35℃的恒温振荡器中，以恒定的震荡速度进行染料的降解。对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，且降解过程中无需调节pH值。
通过上述实施例可知，根据本发明所述的制备方法得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂，对200mg/L的亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明b染料废水的去除率均达到90％以上，实现了燃料废水法高效处理；且降解过程中无需调节pH值，解决了现有技术中Fenton氧化技术处理染料废水所存在的技术问题。
Claims (9)
1.β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照1:（5～20）的重量体积比，将适量β-FeOOH粉末加入水中；常温下一次搅拌使二者混合均匀；然后加入适量研磨好的SiO2粉末，再按照SiO2粉末与去离子水1:（5～20）的重量体积比加入水，常温下二次搅拌使混合均匀得到反应液，待用；所述β-FeOOH粉末与SiO2粉末的重量比为1:（0.5～4）；
（2）将步骤（1）得到的反应液转移至水热反应釜中，在70~110°C下反应4~11h；
（3）将步骤（2）反应后的溶液取出，冷却至室温；将得到的沉淀物分离、洗涤、干燥，即得到β-FeOOH/SiO2复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的β-FeOOH固体粉末与水的重量体积比为1:（5～20）；所述的SiO2粉末与水的重量体积比为1:（5～20）；所述β-FeOOH与SiO2的重量比为1:（0.5～4）。
3.根据权利要求1所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）水热反应釜中的温度为70~110°C，反应时间为4~11h。
4.根据权利要求2或3所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的β-FeOOH可通过下述方法制备得到：配制0.1~1.0 mol/L FeCl3溶液，在55~65°C的温度条件下水解，然后将得到的沉淀物离心、洗涤、干燥，即得到β-FeOOH。
5.根据权利要求4所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的一次搅拌的时间为25-35min，二次搅拌的时间为4-5h。
6.根据权利要求4所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的干燥为常压干燥，干燥温度为40-60°C。
7.根据权利要求4所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的β-FeOOH粉末的粒径为长100-300nm、宽30-60nm；所述SiO2粉末的粒径为200目-500目。
8.采用如权利要求1-7所述的制备方法得到的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的应用，其特征在于：将其应用于非均相Fenton法降解染料废水。
9.根据权利要求8所述的β-FeOOH/SiO2复合催化剂的应用，其特征在于：所述β-FeOOH/SiO2复合催化剂的用量为：每200 mg/L染料投加2.5-10g/L的β-FeOOH/SiO2复合催化剂和0.05-0.15 L/L的过氧化氢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010977472.8A CN111939911A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010977472.8A CN111939911A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111939911A true CN111939911A (zh) | 2020-11-17 |
Family
ID=73357391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010977472.8A Pending CN111939911A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111939911A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261023A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 河南大学 | 一种纳米硅/铁羟基氧化物的土壤-水体重金属钝化剂的制备方法和应用 |
| CN115970698A (zh) * | 2022-06-15 | 2023-04-18 | 湘潭大学 | 一种用于处理含金属络合物废水的镍铁钙催化剂的制备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104096563A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-10-15 | 神华集团有限责任公司 | 铁系催化剂及其制备方法 |
| CN105879872A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-24 | 河北协同环保科技股份有限公司 | 类芬顿反应催化剂的制备方法及应用 |
| CN107497431A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-12-22 | 西安交通大学 | 高比表面积FeOOH/碳布非均相fenton催化剂及其制备方法 |
| CN108910960A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-11-30 | 合肥学院 | 一种β-FeOOH纳米胶囊的制备方法 |
| CN109701636A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-05-03 | 中国矿业大学 | 一种介孔铁硅分子筛催化剂的制备方法及应用 |
| CN110194457A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-03 | 重庆科技学院 | 一种SiO2中空纳米棒的制备方法和尺寸调控方法 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010977472.8A patent/CN111939911A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104096563A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-10-15 | 神华集团有限责任公司 | 铁系催化剂及其制备方法 |
| CN105879872A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-08-24 | 河北协同环保科技股份有限公司 | 类芬顿反应催化剂的制备方法及应用 |
| CN107497431A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-12-22 | 西安交通大学 | 高比表面积FeOOH/碳布非均相fenton催化剂及其制备方法 |
| CN108910960A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-11-30 | 合肥学院 | 一种β-FeOOH纳米胶囊的制备方法 |
| CN109701636A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-05-03 | 中国矿业大学 | 一种介孔铁硅分子筛催化剂的制备方法及应用 |
| CN110194457A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-09-03 | 重庆科技学院 | 一种SiO2中空纳米棒的制备方法和尺寸调控方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 中国土壤学会: "《土壤科学与生态文明》", 31 August 2016, 西北农林科学大学出版社 * |
| 周小燕: "β-FeOOH纳米材料制备及其性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115970698A (zh) * | 2022-06-15 | 2023-04-18 | 湘潭大学 | 一种用于处理含金属络合物废水的镍铁钙催化剂的制备 |
| CN115261023A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 河南大学 | 一种纳米硅/铁羟基氧化物的土壤-水体重金属钝化剂的制备方法和应用 |
| CN115261023B (zh) * | 2022-08-11 | 2024-04-12 | 河南大学 | 一种纳米硅/铁羟基氧化物的土壤-水体重金属钝化剂的制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102755883B (zh) | 凹凸棒土负载纳米铁材料的制备方法 | |
| CN111790422B (zh) | 一种石墨化基氮络合的Fe(III)-Fe0催化剂及其合成方法和应用 | |
| CN101077795B (zh) | 复合生物吸附剂及其制备方法 | |
| CN108855083B (zh) | 一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法 | |
| CN111495367B (zh) | 一种磁性聚苯胺-多孔碳-Fe3O4光芬顿催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN108017137B (zh) | 一种基于磁性载体的磁Fenton氧化废水处理方法 | |
| CN113908878B (zh) | 一种双金属普鲁士蓝类似物催化剂的制备方法及应用 | |
| CN111939911A (zh) | β-FeOOH/SiO2复合催化剂的制备方法及应用 | |
| CN114797781B (zh) | 一种载镧氮掺杂多孔碳磷吸附材料的制备方法 | |
| CN110756163A (zh) | 一种纳米CoFe2O4/碳纤维毡复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112473746B (zh) | Cu0-四氧化三铁@壳聚糖纳米材料的制备方法和应用 | |
| CN105617995A (zh) | 一种氨三乙酸修饰的磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法及其用途 | |
| CN102489290A (zh) | 一种活性碳纤维负载纳米钒酸铋光催化剂的制备方法 | |
| CN111013588B (zh) | 一种类芬顿催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108554458B (zh) | 钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 | |
| Yan et al. | Research progress in the degradation of printing and dyeing wastewater using chitosan based composite photocatalytic materials | |
| CN102513091A (zh) | 一种石墨烯自组装纳米钒酸铋光催化剂的制备方法 | |
| CN102489291B (zh) | 一种膨胀石墨负载纳米钒酸铋光催化剂的制备方法 | |
| CN113912182B (zh) | 一种植物基固液混合碳源的应用 | |
| CN113913482B (zh) | 一种植物基固液混合碳源及其制备方法 | |
| CN113244945B (zh) | 废水处理用非均相芬顿催化剂的制备方法 | |
| CN108160070A (zh) | 钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法及其产品和应用 | |
| CN108671906B (zh) | 高活性复合钒酸铋光催化剂及其制备方法 | |
| CN111514894A (zh) | 催化h2o2降解有机污染物的氧化铁纳米催化膜及其制备方法 | |
| CN101792206A (zh) | 聚铜硅盐及其制备方法和其在水处理中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |