微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及難降解有機廢水的處理技術，尤其涉及一種微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應用。
【背景技術】
[0002]近年來高級氧化技術(Advanced Oxidat1n Process, AOPs)處理難降解有機廢水受到了人們的普遍關注，其中Fenton法可以氧化多種難降解污染物，成為水處理領域高級氧化技術的研宄熱點。雖然Fenton法具有反應活性強、氧化效率高、反應條件溫和及操作簡單等優(yōu)點，但由于反應須在酸性條件下進行、H2O2利用效率低、Fe( II )難以重復利用及產生二次污染等問題，制約了 Fenton法的大規(guī)模應用。為解決Fenton試劑存在的諸多問題，許多研宄者提出了多種類Fenton反應。
[0003]微波誘導催化氧化是另一種新型的高級氧化技術，具有無滯后效應、無溫度梯度、降解快和降解程度高等優(yōu)點，利用該技術對有機廢水的處理效果較為理想。將微波與類Fenton技術相結合，是提高類Fenton效率的一條有效途徑(鄭懷禮，微波促進類Fenton反應催化氧化脫色降解染料羅丹明B。光譜學與光譜分析，2009 ;汪昆平，微波誘導AC/Cu、AC/Fe催化非均相Fenton反應催化降解垃圾滲濾液。環(huán)境工程學報，2012)。但針對該過程的類Fenton催化劑研宄仍十分有限，為數不多的微波促進類Fenton反應多相催化劑一般都是以氧化鋁、氧化鈦以及活性炭作為載體。迄今為止，國內外文獻和專利尚無報道利用碳納米管制備過程中生成的雜質碳為載體，負載氧化鐵作為多相類Fenton催化劑用于微波助類Fenton反應降解印染廢水。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備方法，旨在微波誘導作用下，提高該催化劑催化類Fenton反應的活性、從而促進微波與類Fenton技術結合的廣泛應用。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]采用甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管的副產物雜質碳為原料，經純化后作為載體，通過浸漬法負載α -氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2,采用微波輻照對甲基橙進行降解。
[0007]上述催化劑制備的具體步驟包括:(I)以LaN13作為前驅體，以甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管，同時副產雜質碳材料；(2)用50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)純化1.5g雜質碳材料，并超聲20h后抽濾至中性；(3)將純化后的雜質碳材料放入硝酸鐵溶液中浸漬10?20h ；(4)在100°C下干燥4h，然后于300?500°C下焙燒2?5h。
[0008]有機廢水降解過程的操作方法為:將甲基橙模擬廢水裝入反應器中，加入適量的H2O2和催化劑后置于微波爐中，在一定微波功率下輻照。反應結束后，用紫外可見分光光度計在460nm處測定其吸光度，并根據吸光度計算甲基橙的脫除率。
[0009]與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0010](I)本發(fā)明采用碳納米管制備過程的副產物雜質碳為載體，制備負載α -氧化鐵催化劑。該催化劑具有良好吸波性能，將其應用于微波助類Fenton反應體系中，可極大提高類Fenton法處理有機廢水的能力。
[0011](2)本發(fā)明催化劑在用于微波助Fenton處理有機廢水時，在中性條件下就能達到很好的去除效果，并適用于含各種有機物廢水。
[0012](3)本發(fā)明催化劑在使用后可利用外磁場進行分離回收，重復使用性能好。
【附圖說明】
[0013]圖1為碳納米管制備過程的副產物雜質碳的掃描電鏡照片，其中含有部分碳納米管。
[0014]圖2為實施例1中制備的碳載α-氧化鐵催化劑的掃描電鏡照片。
[0015]圖3為實施例1中制備的碳載α-氧化鐵催化劑的XRD譜。
[0016]圖4為不同處理方法對甲基橙脫除效果對比。
[0017]圖5為微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水后的效果照片以及催化劑在外磁場下分離情況。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細的說明，本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0019]實施例1
[0020]將裝有10mgLaN13的石英舟放入水平管式反應器的恒溫區(qū)，在N2保護下緩慢升溫到750°C后通入20% CH4/N2，反應2.0h后停止通CH4，在N2保護下降溫，在石英舟與反應管內壁之間收集副產物雜質碳，其掃描電子顯微鏡分析如圖1所示。
[0021]取1.5g雜質碳，用配置好的50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)對其進行純化，并超聲20h后抽濾至中性。取2.43gFe(N03)3.9Η20加入20mL去離子水中配制0.2mol/L的Fe3+溶液，放入純化后的雜質碳浸漬20h，在100°C下干燥4h，然后于400°C下焙燒2h，即得到碳載α -氧化鐵催化劑，其掃描電子顯微鏡分析如圖2所示。
[0022]將此催化劑應用于甲基橙模擬印染廢水處理。量取50mL濃度為20mg/L的甲基橙溶液置于反應器中，加入0.1g催化劑和ImLH2O2，調節(jié)pH值為7，然后置于微波爐中，在微波功率為700W條件下輻照4min后取出，磁選取上清液冷卻至室溫，用紫外可見分光光度計在460nm處測定其吸光度。作為對比，還考察了微波協同H2O2和傳統(tǒng)加熱(80°C )助類Fenton法對甲基橙的降解效果。如圖4所示，微波協同H2O2和傳統(tǒng)加熱助類Fenton法對甲基橙的降解作用十分有限，而在微波輻照下，甲基橙的脫除率可達96.1%。由圖5可以看出，模擬廢水經過降解后已基本脫色。在外磁場作用下，催化劑很容易從反應體系中分離出來。
[0023]實施例2
[0024]將此催化劑應用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙的濃度改為100mg/L，其它條件與實施例1相同，甲基橙的脫除率為79.7%。
[0025]實施例3
[0026]將此催化劑應用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙濃度為100mg/L，輻照時間增加到6min，其它條件與實施例1相同，甲基橙的脫除率為95.4%。
[0027]實施例4
[0028]將此催化劑應用于甲基橙模擬印染廢水處理。甲基橙濃度為100mg/L，輻照時間為6min，調節(jié)pH值為4，其它條件與實施例1相同，甲基橙的脫除率為98.9%。
[0029]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應用，其特征在于采用甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管的副產物雜質碳為原料，經純化后作為載體，通過浸漬法負載α -氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2，采用微波輻照對甲基橙進行降解。
2.根據權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)以LaN13作為前驅體，以甲烷為碳源原位沉積制備碳納米管，同時副產雜質碳材料； (2)用50mL混酸(濃硫酸:濃硝酸=3:1)純化1.5g雜質碳材料，并超聲20h后抽濾至中性； (3)將純化后的雜質碳材料放入硝酸鐵溶液中浸漬10?20h； (4)在100°C下干燥4h，然后于300?500°C下培燒2?5h。
3.根據權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于雜質碳材料中含有部分碳納米管。
4.根據權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于通過純化去除雜質碳材料中的無定型碳，同時在其表面產生某些含氧官能團，從而有利于α -氧化鐵的負載。
5.根據權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于碳載體和α-氧化鐵都是良好的吸波材料，氧化鐵使催化劑具有磁性。
6.根據權利要求1所述的微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的應用，其特征在于由微波、H2O2和催化劑組成的降解體系可將甲基橙降解為小分子有機物或礦化為CO2和1120等無機物。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波助類Fenton降解甲基橙印染廢水催化劑的制備與應用。本發(fā)明的技術方案是采用甲烷為碳源在LaNiO3前驅體上原位沉積制備碳納米管的副產物雜質碳為原料，經純化處理后作為載體，通過浸漬法負載α-氧化鐵活性組分，然后將這種催化劑放入甲基橙模擬印染廢水中，加入適量H2O2，采用微波輻照對甲基橙進行降解。本發(fā)明的催化劑本身有良好的微波吸收性能，同時能與H2O2耦合形成非均相類Fenton體系，從而協同催化氧化處理含甲基橙廢水，催化效率高。本發(fā)明的碳載氧化鐵催化劑還具有磁性，使其易于分離回收、可重復使用。
【IPC分類】C02F1-72, B01J23-745
【公開號】CN104549279
【申請?zhí)枴緾N201410620523
【發(fā)明人】徐東彥, 戴萍, 程飛
【申請人】青島科技大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月6日