CN112973796A - 一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂以及制备方法和应用，所述催化剂的化学式为M3[Fe(CN)6]2，其中M为Cu、Ni或Co。所述的催化剂的制备方法为：将可溶性六氰合铁酸盐溶解于水中，搅拌下滴加含有金属离子M2+的溶液，有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌至沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼进行干燥，粉碎，得到所述的催化剂M3[Fe(CN)6]2粉末。该催化剂中不含有稀有金属，成本低，而且活性高，在在常温常压、无光照射或氧化剂存在下，可快速高效地催化降解亚甲基蓝。该催化剂的制备方法简单，操作及其方便，制备成本低。

Description

一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前有机染料废水已经成为主要的水体污染源之一。该废水具有水量大、浓度高、成分复杂、色度深和难降解等特点。大多数染料还具有毒性、致癌性、致畸和致突变的作用。亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成阳离子染料，工业应用非常广泛。例如，可应用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，应用于生物、细菌组织的染色以及应用于制造墨水和色淀等。亚甲基蓝在工业上的广泛应用也将导致含亚甲基蓝染料废水对水体的严重污染。
目前有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、高级氧化技术、光催化法、吸附法及膜分离法等。生物法受pH值、温度、盐份和染料种类等因素的影响，使得生物法处理的效果不够理想。混凝法的运行费用较高，泥渣量大而且脱水困难，适用的pH值范围窄。高级氧化技术成本高，常用氧化剂也会表现出氧化能力不强、存在选择性氧化等缺点，而且处理过程中容易引入杂质造成二次污染。光催化法需要光源照射体系，在实际应用中受天气影响大。吸附法易受水中的悬浮物和油脂等影响，而且吸附剂用量大和费用高。膜分离法分为电渗析法、反渗透法、纳滤法和超滤法等，其中电渗析法、反渗透法、纳滤法的优点是染料去除率高，能回收废水中的染料，工艺简单，但是所用膜的成本较高，操作压力较大，造成膜法的能耗偏高，影响了其工业化应用。传统的超滤法由于膜孔径较大，难以去除低分子量的有机污染物。因此，开发一种简单而且高效处理亚甲基蓝染料废水的催化剂具有重要的意义。
中国专利双层催化剂及其制备以及该催化剂在制备均酐中的应用”(专利号为201210145478.4)含有有效量活性组份V2O5、TiO2、P2O5、Na2O、MoO3、Sb2O3、其它金属的化合物及须晶分别经称量、配液、配喷涂浆液、喷涂在载体上、焙烧、冷却等工艺步骤制成催化剂E、G，将催化剂G、E分别置于原料混合气入口端及反应气出口端，在低空速、较低温度等条件下制备均酐。该催化剂组分繁多，制备工艺复杂，且制得的催化剂需在温度为400～430℃条件下使用，能耗高。
中国专利“一种处理亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物的制备方法”(专利号201310014950.5)和中国专利“一种用于处理亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物及其制备方法和应用”(专利号201210474494.8)，这两件专利均为本申请的发明人的发明专利，这两项专利分别采用通式为K2O·Cr2O3·xMoO3(x＝1～8)和Na2O·Cr2O3·xMoO3(x＝1～8)的三元复合氧化物作为催化剂降解亚甲基蓝染料废水，但是这两种催化剂催化降解时间较长，均需60min以上，而且这两种催化剂所含稀有金属含量高，成本高。
因此，仍有待开发出一种新型的催化剂，在保证上述染料亚甲基蓝降解率的同时降低催化剂中稀有金属含量。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂中不含有稀有金属，成本低，而且活性高，在在常温常压、无光照射或氧化剂存在下，可快速高效地催化降解亚甲基蓝。
该催化剂的制备方法简单，操作及其方便，制备成本低。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂，所述催化剂的化学式为M3[Fe(CN)6]2，其中M为Cu、Ni或Co。
一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
将可溶性六氰合铁酸盐溶解于水中，搅拌下滴加含有金属离子M2+的溶液，有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌至沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼进行干燥，粉碎，得到所述的催化剂M3[Fe(CN)6]2粉末。
进一步，所述的可溶性六氰合铁酸盐为六氰合铁酸钾或六氰合铁酸钠。
进一步，所述的金属离子M2+为Cu2+、Ni2+和Co2+，所述的Cu2+选自可溶性铜盐，Ni2+选自可溶性镍盐，Co2+选自可溶性钴盐。
进一步，所述的可溶性铜盐为硝酸铜，可溶性镍盐为硝酸镍，可溶性钴盐为硝酸钴。
进一步，所述的可溶性六氰合铁酸盐与M2+的摩尔比为1-4:1。
进一步，所述的干燥的方法为晾干，粉粹的方法为研磨。
一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的应用。
进一步，所述的催化剂处理亚甲基蓝废水为：
将M3[Fe(CN)6]2粉末加入到亚甲基蓝废水中，M3[Fe(CN)6]2粉末浮于亚甲基蓝废水上，搅拌处理10-20分钟。
进一步，所述的M3[Fe(CN)6]2粉末加入的量为0.5～2.5g/L废水。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、本发明的催化剂中不含有任何稀有金属，因而成本会大幅度降低。
2、本发明的催化剂活性高，在常温常压、无光照射或氧化剂存在的条件下，即可催化降解亚甲基蓝，而且能在较短的时间内快速催化降解亚甲基蓝去除效果显著，试验结果表明，使用本发明的催化剂催化降解亚甲基蓝，降解率高达70％以上。
3、本发明的催化剂的制备方法简单，通过简单快速的反应即可获得，操作及其简单，因而制备成本低。
4、本发明的催化剂将可将亚甲基蓝催化降解成无机小分子物质，从而避免了二次污染的产生。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
1、称取3.15g三水硝酸铜，溶解于20mL水中，配制成硝酸铜溶液；
2、称取2.23g六氰合铁酸钾，溶解于20mL水中，配制成六氰合铁酸钾溶液；
3、在搅拌下将硝酸铜溶液滴加到六氰合铁酸钾溶液，此过程中有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌10分钟，沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼晾干后研磨，得到所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂Cu3[Fe(CN)6]2粉末。
实施例2
1、称取1.45g六水硝酸镍，溶解于20mL水中，配制成硝酸镍溶液；
2、称取1.64g六氰合铁酸钾，溶解于20mL水中，配制成六氰合铁酸钾溶液；
3、在搅拌下将硝酸镍溶液滴加到六氰合铁酸钾溶液，此过程中有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌10分钟，沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼晾干后研磨，得到所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂Ni3[Fe(CN)6]2粉末。
实施例3
1、称取1.45g六水硝酸钴，溶解于20mL水中，配制成硝酸钴溶液；
2、称取1.65g六氰合铁酸钾，溶解于20mL水中，配制成六氰合铁酸钾溶液；
3、在搅拌下将硝酸钴溶液滴加到六氰合铁酸钾溶液，此过程中有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌10分钟，沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼晾干后研磨，得到所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂Co3[Fe(CN)6]2粉末。
试验一、本发明的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂催化降解亚甲基蓝的效果试验
试验方法：
取三份40mL亚甲基蓝浓度为10.0mg/L的亚甲基蓝废水，分别向三份亚甲基蓝废水分别加入实施例1-3制备的催化剂粉末，接着分别搅拌20min，搅拌完成后，分别测量三份废水中的亚甲基蓝含量，根据亚甲基蓝的初始含量和最终含量，计算亚甲基蓝的降解率。
试验结果：
亚甲基蓝的降解去除效果如下表1所示：
催化剂 降解率
Cu<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>2</sub> 85.6％
Ni<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>2</sub> 80.2％
Co<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>2</sub> 70.0％
由上述可知，实施例1-3制备的催化剂能有效地催化降解亚甲基蓝，降解率高达70％以上，而且降解时间短，在20分钟内即可完成对亚甲基蓝的降解去除。

Claims (10)

1.一种快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂，其特征在于：所述催化剂的化学式为M3[Fe(CN)6]2，其中M为Cu、Ni或Co。
2.一种权利要求1所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将可溶性六氰合铁酸盐溶解于水中，搅拌下滴加含有金属离子M2+的溶液，有沉淀析出，滴加完成后，继续搅拌至沉淀析出完全，过滤，将所得的滤饼进行干燥，粉碎，得到所述的催化剂M3[Fe(CN)6]2粉末。
3.根据权利要求2所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的可溶性六氰合铁酸盐为六氰合铁酸钾或六氰合铁酸钠。
4.根据权利要求2所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的金属离子M2+为Cu2+、Ni2+和Co2+，所述的Cu2+选自可溶性铜盐，Ni2+选自可溶性镍盐，Co2+选自可溶性钴盐。
5.根据权利要求4所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的可溶性铜盐为硝酸铜，可溶性镍盐为硝酸镍，可溶性钴盐为硝酸钴。
6.根据权利要求2所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的可溶性六氰合铁酸盐与M2+的摩尔比为1-4:1。
7.根据权利要求2所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的制备方法，其特征在于：所述的干燥的方法为晾干，粉粹的方法为研磨。
8.一种权利要求1所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的应用。
9.根据权利要求8所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的应用，其特征在于：所述的催化剂处理亚甲基蓝废水为：
将M3[Fe(CN)6]2粉末加入到亚甲基蓝废水中，M3[Fe(CN)6]2粉末浮于亚甲基蓝废水上，搅拌处理10-20分钟。
10.根据权利要求9所述的快速高效降解亚甲基蓝废水的催化剂的应用，其特征在于：所述的M3[Fe(CN)6]2粉末加入的量为0.5～2.5g/L废水。
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