CN113117701A - 一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料及其制备和应用，该材料的制备过程具体为：称取FeCl3·6H2O与金属盐酸盐混合均匀，煅烧，洗涤，干燥，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明原料易得，材料制备方法简单，成本低廉，易与反应液分离，相较于原催化材料具有更高的催化活性，在降解废水中的苯酚时，具有更高的活性。
Description
技术领域
本发明属于苯酚废水处理技术领域，涉及一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料及其制备和应用。
背景技术
有机废水会对饮用水和生态环境造成危害，已经对人们的正常生活和环境构成威胁。其中，以苯为代表的芳香族化合物带来的危害尤为严重。苯系物在工业生产中用途广泛，是人类日常生产活动中排放的常见有机污染物，其本身带有强烈的芳香气味，易燃有毒，已被确认为强致癌物质。一般的苯系物易挥发且微溶于水，但苯酚在水中较好的溶解性，有着极大的危害。目前常见的污染物处理方法有吸附法、生物法等，尽管这些方法有一定的效果，但是其制备降价昂贵，存在二次污染等问题。随着工业的发展以及城市化进程的不断加快，人们对淡水资源的需求日益扩大，寻找将水体中苯酚有效、快速降解的方法，具有十分重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料及其制备和应用，以材料对过二硫酸盐的催化活化，进而实现对苯酚废水的催化降解。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的技术方案之一提供了一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，称取FeCl3·6H2O与金属盐酸盐混合均匀，煅烧，洗涤，干燥，即得到目的产物。
进一步的，FeCl3·6H2O与金属盐酸盐的摩尔比不小于10:3。
进一步的，所述的金属盐酸盐为MnCl2、CdCl2或ZnCl2或其对应水合物中的至少一种。
进一步的，煅烧的温度为200-300℃，时间为2-3h。
进一步的，煅烧过程的升温速率为5-20℃/min。
进一步的，FeCl3·6H2O与金属盐酸盐在混合过程中，还加入溶剂(少量即可)搅拌均匀。更进一步的，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或水。
本发明的技术方案之二提供了一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料，其采用如上所述的制备方法制备得到。
本发明的技术方案之三提供了一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的应用，将该材料作为催化剂用于含有过二硫酸盐的苯酚废水的降解处理中。可选的，降解处理时，苯酚废水中的过二硫酸盐的浓度为0-5mM，此处，当过二硫酸盐的浓度为0时，即表示其不添加，优选的，过二硫酸盐的浓度不为0。可选的，过二硫酸盐为过二硫酸钠。
传统的Fenton氧化法有着极高的催化氧化活性，但其本身难与反应体系分离，有着明显的铁泥沉积现象且对pH要求较为严苛。而后出现的非均相催化体系解决了催化剂与反应体系分离的问题，但普遍活性不高。作为非均相催化剂之一，氧基氯化铁(FeOCl)可视为金属卤化物，其本身是一种正交晶系的中性层状化合物，层与层之间通过较弱的范德华力连接，Cl处于每一层的外侧，有着较高的类Fenton催化活性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明制备的掺杂材料，相较于原材料本身在过硫酸盐体系中对苯酚废水的降解效果更佳；
2)本发明制备的掺杂材料本身疏水，在反应后易与反应体系分离，可循环使用；
3)本发明相较于贵金属催化剂，该类催化剂价格低廉且制备简单，原料易得。
附图说明
图1为实施例1～4中对应材料对苯酚废水的降解效果图；
图2为实施例5～10中对应材料对苯酚废水的降解效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1：
1)材料制备
称取2.703gFeCl3·6H2O与0.396gMnCl2·4H2O，研磨、混合后移入100ul乙醇中搅拌均匀，转入马弗炉在200℃煅烧2h，使用水、乙醇洗涤，60℃真空干燥12h，得到深色粉末产物。
2)材料应用
将步骤1)得到的5mg产物及加入至5mL反应液中，其中苯酚浓度为10mg/L，过二硫酸钠浓度为1mM，30min后取样送高效液相色谱分析，记为S1。
由图1可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为73.9％。
实施例2：
1)材料制备
称取2.703gFeCl3·6H2O与0.396gMnCl2·4H2O，研磨、混合后移入500ul甲醇中搅拌均匀，转入马弗炉在250℃煅烧2.5h，使用水、乙醇洗涤，60℃真空干燥18h，得到深色粉末产物。
2)材料应用
将步骤1)得到的5mg产物及加入至5mL反应液中，其中苯酚浓度为10mg/L，过二硫酸钠浓度为2mM，30min后取样送高效液相色谱分析，记为S2。
由图1可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为68.3％。
实施例3：
1)材料制备
称取2.703gFeCl3·6H2O与0.396gMnCl2·4H2O，研磨、混合后移入500ul丙酮中搅拌均匀，转入马弗炉在250℃煅烧2.5h，使用丙酮洗涤，40℃真空干燥6h，得到深色粉末产物。
2)材料应用
将步骤1)得到的5mg产物及加入至5mL反应液中，其中苯酚浓度为10mg/L，过二硫酸钠浓度为3mM，30min后取样送高效液相色谱分析，记为S3。
由图1可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为67.9％。
实施例4：
称取2.703gFeCl3·6H2O与0.396gMnCl2·4H2O，研磨、混合后移入100ul丙酮中搅拌均匀，转入马弗炉在250℃煅烧2.5h，使用丙酮洗涤，40℃真空干燥6h，得到深色粉末产物。
2)材料应用
将步骤1)得到的5mg产物及加入至5mL反应液中，其中苯酚浓度为10mg/L，过二硫酸钠浓度为4mM，30min后取样送高效液相色谱分析，记为S4。
由图1可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为66.6％。
实施例5：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了省去了MnCl2·4H2O的加入，记为Mn-0。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为74.3％。
实施例6：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整MnCl2·4H2O的添加量，使得FeCl3·6H2O与MnCl2·4H2O的摩尔比为10:0.4，记为Mn-0.4。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为62.0％。
实施例7：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整MnCl2·4H2O的添加量，使得FeCl3·6H2O与MnCl2·4H2O的摩尔比为10:0.8，记为Mn-0.8。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为60.0％。
实施例8：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整MnCl2·4H2O的添加量，使得FeCl3·6H2O与MnCl2·4H2O的摩尔比为10:1.2。记为Mn-1.2。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为51.4％。
实施例9：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整掺杂物质的种类与添加量，使得FeCl3·6H2O与ZnCl2·4H2O的摩尔比为10:2，记为Zn-2.0。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为58.5％。
实施例10：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整掺杂物质不种类与添加量，使得FeCl3·6H2O与ZnCl2·4H2O的摩尔比为10:2，记为Cd-2.0。
由图2可以看出，在本实施例材料的催化作用下，降解后废水中苯酚残留率为56.5％。
实施例11：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整MnCl2·4H2O的添加量，使得FeCl3·6H2O与MnCl2·4H2O的摩尔比为10:3。
实施例12：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整MnCl2·4H2O的添加量，使得FeCl3·6H2O与MnCl2·4H2O的摩尔比为10:1。
实施例13：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整煅烧条件为：在300℃下煅烧2h。
实施例14：
与实施例2相比，绝大部分都相同，除了调整煅烧条件为：在300℃下煅烧3h。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，称取FeCl3·6H2O与金属盐酸盐混合均匀，煅烧，洗涤，干燥，即得到目的产物。
2.根据权利要求1所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，FeCl3·6H2O与金属盐酸盐的摩尔比不小于10:3。
3.根据权利要求1所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，所述的金属盐酸盐为MnCl2、CdCl2或ZnCl2或其对应水合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，煅烧的温度为200-300℃，时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，煅烧过程的升温速率为5-20℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，FeCl3·6H2O与金属盐酸盐在混合过程中，还加入溶剂搅拌均匀。
7.根据权利要求6所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或水。
8.一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料，其采用如权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到。
9.如权利要求8所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的应用，其特征在于，将该材料作为催化剂用于含有过二硫酸盐的苯酚废水的降解处理中。
10.根据权利要求8所述的一种过渡金属掺杂氧基氯化铁材料的应用，其特征在于，降解处理时，苯酚废水中的过二硫酸盐的浓度为0-5mM。
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| CN113578340A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 上海应用技术大学 | 一种铁基金属催化材料及其制备方法与应用 |
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- 2021-03-30 CN CN202110343759.XA patent/CN113117701A/zh active Pending
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