專利名稱：鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
臭氧作為一種強氧化劑，在廢水處理中的應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注，但臭氧在水中的溶解度較低且小穩(wěn)定，導(dǎo)致臭氧的利用率較低并且單獨臭氧很難將有機物徹底降解為CO2和H2O從而阻礙了臭氧氧化的廣泛應(yīng)用。催化臭氧氧化是近年來發(fā)展起來的一種以提高臭氧利用效率為目的的高級氧化技術(shù)，是利用反應(yīng)過程產(chǎn)生的大量強氧化性白由基氧化分解水中的有機物達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決臭氧在水中的溶解度較低且穩(wěn)定，導(dǎo)致臭氧的利用率較低的技術(shù)問題，提供了一種鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法及其應(yīng)用。鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下一、向濃度為0. 25 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為2 6,以100r/min 300r/min的速度攪拌30min 60min,按照金屬兀素(Fe兀素與Mn元素之和)與硅元素(Si)摩爾比為9 I : 3的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為9 I : 3，再加入強堿溶液調(diào)節(jié)PH值為8 9，得到混合液；二、將混合液靜沉IOmin 30min，再在30°C 80°C條件下靜置活化12h 24h，然后將沉淀物用去離子水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹?，再將沉淀物?0V 80°C下干燥，研磨過篩留下0. 6mm I. 7mm粒徑顆粒，即得鐵錳復(fù)合硅酸鹽；步驟一中所述的堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉、硅酸鉀或偏硅酸鈉；步驟一中所述的鐵鹽是硝酸鐵、硫酸鐵或氯化鐵；步驟一中所述的錳鹽是硝酸錳、氯化錳或硫酸錳；步驟一中所述的酸溶液是濃度為I. OmoI/L的硫酸或濃度為I. OmoI/L的鹽酸；步驟一中所述的強堿溶液是濃度為lmol/L的氫氧化鉀溶液或濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液。所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽作為催化劑用于水處理。本發(fā)明鐵錳復(fù)合硅酸鹽為固態(tài)，非晶型，呈紅褐色，粒徑為0. I 0. 5mm，在水中靜置2min后可完全沉降，催化效果好，無毒無副作用，易于回收利用。本發(fā)明制備方法簡單，原料來源豐富，反應(yīng)條件溫和，因此制備成本低。本發(fā)明的鐵錳復(fù)合硅酸鹽能促進(jìn)O3分解產(chǎn)生羥基自由基，增加水體中自由基的生成速率和數(shù)量，提高了 O3的氧化性和利用率。


圖I是實驗一中對臭氧氧化和催化臭氧氧化對pCNB去除率的曲線，圖中代表催化臭氧氧化對PCNB去除率的曲線，代表臭氧氧化對pCNB去除率的曲線。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
問的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下一、向濃度為0. 25 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為2 6,以100r/min 300r/min的速度攪拌30min 60min,按照金屬兀素(Fe兀素與Mn元素之和)與硅元素(Si)摩爾比為9 I : 3的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為9 I : 3，再加入強堿溶 液調(diào)節(jié)PH值為8 9，得到混合液；二、將混合液靜沉IOmin 30min，再在30°C 80°C條件下靜置活化12h 24h，然后將沉淀物用去離子水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹?，再將沉淀物?0°C 80°C下干燥，研磨過篩留下0. 6mm I. 7_粒徑顆粒，即得鐵錳復(fù)合硅酸鹽；步驟一中所述的堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉、硅酸鉀或偏硅酸鈉；步驟一中所述的鐵鹽是硝酸鐵、硫酸鐵或氯化鐵；步驟一中所述的錳鹽是硝酸錳、氯化錳或硫酸錳。本實施方式制備的鐵錳復(fù)合硅酸鹽為固態(tài)，非晶型，呈紅褐色，粒徑為0. I 0. 5_，在水中靜置2min后可完全沉降，催化效果好，無毒無副作用，易于回收利用。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述的酸溶液是濃度為I. OmoI/L的硫酸或濃度為I. OmoI/L的鹽酸。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述的強堿溶液是濃度為lmol/L的氫氧化鉀溶液或濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中向濃度為0. 27mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中按照金屬元素與硅元素摩爾比為I:2的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一中所述鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為I : 3。其它與
具體實施例方式
一至三之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二中在40°C 80°C條件下靜置活化14h 20h。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二中再將沉淀物在60 80°C下干燥，干燥時間為18h 32h。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
九具體實施方式
一制備的錳復(fù)合硅酸鹽為催化劑用于水處理。本實施方式中鐵錳硅酸鹽能促進(jìn)H2O2分解轉(zhuǎn)化成羥基自由基，增加水體中自由基的生成速率和數(shù)量，提高了 H2O2的利用率。鐵錳硅酸鹽作為催化分解H2O2生成羥基自由基的催化劑，用于連續(xù)流試驗中具有催化去除有機污染物活性強自身穩(wěn)定性高、易于回收利用、不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。采用下述實驗驗證本發(fā)明的效果實驗一鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下一、向300mL濃度為0. 27mol/L的硅酸鈉水溶液中滴加濃度為0. 5mol/L的硫酸，調(diào)節(jié)PH值為5，以100r/min的速度攪拌30min，加入300mL鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為2 1，再加入濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值為9，得到混合液；二、將混合液靜沉30min，再在80°C條件下靜置活化32h，然后將沉淀物用去離子 水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹?，再將沉淀物?0°C下干燥，研磨過篩留下粒徑為0. 6mm I. 7mm的顆粒，即得鐵猛復(fù)合娃酸鹽；步驟一中所述的鐵鹽是硫酸鐵；步驟一中所述的錳鹽是氯化錳。采用對比實驗驗證本發(fā)明對氯硝基苯(pCNB)去除效果(在靜態(tài)試驗中去除水中相同濃度的有機污染物對氯硝基苯(PCNB))，步驟如下一組單獨投加臭氧，液相臭氧濃度約為2. Omg/L ;另一組投加臭氧和本實驗制備的鐵錳復(fù)合硅酸鹽，液相臭氧濃度約為2. Omg/L，鐵錳復(fù)合硅酸鹽投加量為300mg/L ;其中兩組實驗中均以150r/min速度磁力攪拌,取樣時間分別為Omin, 2min, 5min, IOmin, 15min,20min，測定出水中pCNB的含量。兩組水中對氯硝基苯(pCNB)的去除效果如圖I所示。催化劑鐵錳復(fù)合硅酸鹽的加入使對氯硝基苯去除率(反應(yīng)20min)提高了 20個百分點左右，而臭氧吸附有機污染物(對氯硝基苯)量非常小，只有4%左右，另外催化臭氧氧化體系在反應(yīng)時間Smin左右對氯硝基苯的去除率就達(dá)到90%左右，可以大大縮小開發(fā)連續(xù)流反應(yīng)器的容積，實驗數(shù)據(jù)表明，所制備的催化劑(鐵錳復(fù)合硅酸鹽)催化臭氧氧化去除有機污染物的活性強，自身穩(wěn)定性聞。實驗二鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下一、以300r/min的攪拌速度向濃度為2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為6,靜置60min,按照金屬元素(Fe+Mn)與娃元素(Si)摩爾比為I : 3的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為I : 3，再加入強堿溶液調(diào)節(jié)pH值為9，得到混合液；二、將混合液靜沉30min，再在80°C條件下靜置24h，然后將沉淀物用去離子水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹梗賹⒊恋砦镌?0°C下干燥，研磨過篩留下粒徑為0. 6mm I. 7mm的顆粒，即得鐵猛復(fù)合娃酸鹽；步驟一中所述的堿金屬硅酸鹽是硅酸鉀；步驟一中所述的鐵鹽是硫酸鐵；步驟一中所述的錳鹽是氯化錳。實驗三
鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下一、以200r/min的攪拌速度向濃度為lmol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為4,靜置40min,按照金屬元素(Fe+Mn)與娃元素(Si)摩爾比為3 I的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為3 1，再加入強堿溶液調(diào)節(jié)pH值為8，得到混合液；二、將混合液靜沉20min，再在50°C條件下靜置18h，然后將沉淀物用去離子水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹梗賹⒊恋砦?在70°C下干燥，研磨過篩，留下粒徑為
0.6mm I. 7mm的顆粒，即得鐵猛復(fù)合娃酸鹽；步驟一中所述的堿金屬硅酸鹽是偏硅酸鈉；步驟一中所述的鐵鹽是氯化鐵；步驟一中所述的錳鹽是硫酸錳。
權(quán)利要求
1.鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法如下 一、向濃度為O. 25 2. 5mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為2 6,以100r/min 300r/min的速度攪拌30min 60min,按照金屬兀素與娃兀素摩爾比為9 I : 3的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為9 I : 3，再加入強堿溶液調(diào)節(jié)pH值為8 9，得到混合液； ニ、將混合液靜沉IOmin 30min，再在30°C 80°C條件下靜置活化12h 24h，然后將沉淀物用去離子水洗滌至上清液的電導(dǎo)率和PH值不變?yōu)橹?，再將沉淀物?0°C 80°C下干燥，研磨過篩留下O. 6mm I. 7mm粒徑顆粒，即得鐵錳復(fù)合硅酸鹽； 步驟一中所述的堿金屬硅酸鹽是硅酸鈉、硅酸鉀或偏硅酸鈉； 步驟一中所述的鐵鹽是硝酸鐵、硫酸鐵或氯化鐵； 步驟一中所述的錳鹽是硝酸錳、氯化錳或硫酸錳。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟一中所述的酸溶液是濃度為I. OmoI/L的硫酸或濃度為I. OmoI/L的鹽酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟一中所述的強堿溶液是濃度為lmol/L的氫氧化鉀溶液或濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟一中向濃度為O. 27mol/L的堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟一中按照金屬元素與硅元素摩爾比為I : 2的比例加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟一中所述鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液中鐵元素與錳元素的摩爾比為I : 3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟ニ中在40°C 80°C條件下靜置活化14h 20h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法，其特征在于步驟ニ中再將沉淀物在60 80°C下干燥，干燥時間為18h 32h。
9.權(quán)利要求I所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽的應(yīng)用，其特征在于所述鐵錳復(fù)合硅酸鹽作為催化劑用于水處理。
全文摘要
鐵錳復(fù)合硅酸鹽的制備方法及其應(yīng)用，它涉及一種催化劑的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明解決了臭氧在水中的溶解度較低且穩(wěn)定，導(dǎo)致臭氧的利用率較低的技術(shù)問題。本方法如下一、向堿金屬硅酸鹽水溶液中滴加酸溶液，調(diào)節(jié)pH值，磁力攪拌30min～60min，加入鐵鹽與錳鹽組成的混合水溶液，再加入強堿溶液調(diào)節(jié)pH值，得到混合液；二、將混合液靜沉，活化，洗滌，干燥，研磨，過篩，即得鐵錳復(fù)合硅酸鹽。本發(fā)明的鐵錳復(fù)合硅酸鹽為固態(tài)，非晶型，呈紅褐色，粒徑為0.1～0.5mm，在水中靜置2min后可完全沉降，催化效果好，無毒無副作用，易于回收利用。
文檔編號C01B33/20GK102659126SQ20121015469
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者李添文, 沈吉敏, 陳忠林 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)