超聲浸漬制備鐵鈰復合物的方法及其在類芬頓水處理中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境材料、環境催化和環境保護技術領域，涉及一種超聲浸漬制備鐵 鈰復合物的方法及其在類芬頓水處理中的應用。
【背景技術】
[0002] 難降解工業廢水的處理，是目前國內外污水處理界公認的難題。對于這類廢水，國 內外研究較多的有印染廢水、制藥廢水、抗生素廢水等行業性廢水。在這類廢水中，往往含 有較高濃度的難降解有機物，甚至是生物毒物，而且種類較多。因此，生物法難以處理高濃 度的難降解有機廢水，而物理方法如吸附法、萃取法、膜分離法等并沒有實現對有機物的降 解而是對有機物的移除，這樣會帶來嚴重的二次污染。于是，化學方法尤其是高級氧化法在 處理難降解有機廢水方面有較大的應用潛力。
[0003]目前，高級氧化法因為其強氧化能力已經在難降解工業廢水處理中得到實際應 用，其中類芬頓技術在工業廢水中難降解污染物的去除方面研究的非常廣泛，它是由固體 含鐵物或通過載體固定化鐵離子的方法與雙氧水形成非均相Fenton反應體系。采用類芬 頓技術處理水中藥物類污染物可以實現工業廢水中有機物的有效去除，同時不會造成二次 污染，可以有效改善一般物化和生化等方法中存在的缺點和不足。但仍存在一些問題需要 研究解決：（1)對于很多類芬頓反應都能檢測到鐵離子的溶出，而鐵離子的溶出會影響催 化劑的活性和出水水質，需進一步開發結構穩定且能保持高催化活性的催化劑；(2)現有 類芬頓反應的催化效率往往比芬頓反應低，故需進一步提高催化劑活性，從而降低技術應 用中的成本。
[0004]因此，在類芬頓水處理體系中，需要開發結構穩定、活性高的催化劑。目前研究較 多的催化劑主要是鐵與稀土金屬氧化物、貴金屬、分子篩、雜多酸等復合。其中，稀土金屬鈰 的氧化物因為儲量豐富，并且具有較強的儲氧能力和氧化還原性能，同時也有著良好的化 學穩定性和高溫快速氧空位擴散的能力，因而得到廣泛研究。由于鐵離子和鈰離子半徑的 差異，當兩者形成復合氧化物時，穩定的復合結構會抑制鐵元素在水中的溶出，同時，該復 合物將具有更高的機械強度，能夠延長其使用壽命，而因復合產生的晶格缺陷，將促進電子 轉移并引發更多活性物種的形成，因此適用于類芬頓水處理體系。
[0005]目前，鐵鈰復合物的的制備方法主要有共沉淀法、水熱法、溶膠凝膠法和浸漬法， 其中浸漬法是以浸漬為關鍵和特殊步驟，也是目前催化劑工業生產中廣泛應用的方法。浸 漬法是基于活性組分以鹽溶液形態浸漬到多孔載體上并滲透到內表面，使得金屬或金屬氧 化物分布在載體表面或細孔中，而形成高效催化劑的原理。因此，浸漬法是一種簡單易行而 且經濟的方法，廣泛應用于制備負載型催化劑。然而，由于浸漬步驟的限制，傳統的浸漬法 存在活性組分負載不均勻、浸漬時間長、產品效率低的缺點。而超聲浸漬法能夠借助超聲波 的震蕩作用使溶液中的活性組分在載體中分布均勻，避免活性組分團聚的現象出現，同時 由于超聲震蕩的高效性，也能節省浸漬步驟的反應時間。與傳統浸漬法相比，使用超聲浸漬 法能夠提高催化劑的制備速率和催化性能。目前，尚無采用超聲浸漬法制備鐵鈰復合物及 其在類芬頓水處理體系中應用的報道。因此，將超聲技術應用于浸漬步驟中，對于鐵鈰復合 物的制備方法是一種創新，同時也拓寬了超聲波在材料制備和水處理領域的應用。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是為了解決類芬頓水處理體系中催化劑活性組分易流失、結構不穩 定、活性低等問題而提供的一種超聲浸漬制備鐵鈰復合物的方法。
[0007] 本發明提供的超聲浸漬制備鐵鈰復合物的方法，包括如下步驟：
[0008] 將鈰元素的金屬鹽溶于水后，加入堿的水溶液進行沉淀反應，反應完畢將所得沉 淀干燥再研磨，自然冷卻至室溫得到二氧化鈰粉末；將鐵元素的金屬鹽溶于水后，加入上述 二氧化鈰粉末進行超聲浸漬，反應完畢將所得沉淀過濾再煅燒，自然冷卻至室溫得到所述 鐵鈰復合物；
[0009] 上述方法中，鈰元素與堿的摩爾比為0. 05~0. 15 : 0. 1~0. 3 ;堿的水溶液為氫 氧化鈉的水溶液或氫氧化鉀的水溶液，濃度為〇. 1~1. 〇mol/L;鋪元素的金屬鹽為硝酸鋪， 鐵元素的金屬鹽為氯化亞鐵，鐵和鈰元素的摩爾比為1~9 : 9~1;沉淀反應步驟中，溫 度為30~40°C，反應時間為3h~5h;干燥步驟中，溫度為100~120°C，時間為2h~10h。 超聲浸漬步驟中，超聲的功率為65W~650W，頻率為20~25KHz，時間為5min~30min;煅 燒步驟中，溫度為400~600°C，時間為lh~5h。
[0010] 本發明提供的超聲浸漬法制備的鐵鈰復合物，操作步驟簡單，浸漬反應時間短，反 應條件易控制，在類芬頓水處理體系中表現出良好的穩定性和活性，有實際應用的價值。 [0011] (1)本發明超聲浸漬法與傳統浸漬法對比
[0012]
[0013] (2)本發明超聲浸漬法與傳統浸漬法制備鐵鈰復合物對比
[0014]

【附圖說明】
[0015] 圖1為實施例1、實施例2及對比例1~4對制藥廢水和抗生素廢水的去除效果。
【具體實施方式】
[0016] 下面以本發明所述方法在類芬頓水處理體系中的實際應用為實施例，對本發明作 進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例。
[0017] 實施例1
[0018] 模擬制藥廢水組成：蒸餾水100mL及雙氯芬酸鈉2mg。
[0019] 在模擬制藥廢水中投加鐵鈰復合物0.lg，加入雙氧水的濃度為100mmol/L，調節 初始pH值5,反應20min后，將反應后溶液經0. 22微米PTFE材質濾頭過濾后，收集濾液使 用高效液相色譜測定雙氯芬酸鈉的濃度并計算去除率。
[0020] 高效液相色譜檢測條件：采用美國Waterse2695高效液相色譜，配備 250mmX4. 6mm的C18反相柱和紫外檢測器。紫外檢測波長為275nm;洗脫條件：流動相由濃 度為0. 05mol/L的冰醋酸水溶液和乙腈組成，體積比為30% : 70%，流速為lml/min，進樣 量為10μL，柱溫為30°C。
[0021] 實施例2
[0022] 模擬抗生素廢水組成：蒸餾水100mL及阿莫西林2mg。
[0023] 在模擬抗生素廢水中投加鐵鈰復合物0.lg，加入雙氧水的濃度為100mmol/L，調 節初始pH值5,反應20min后，將反應后溶液經0. 22微米PTFE材質濾頭過濾后，收集濾液 使用高效液相色譜測定阿莫西林的濃度并計算去除率。
[0024] 高效液相色譜檢測條件：采用美國Waterse2695高效液相色譜，配備 250mmX4. 6mm的C18反相柱和紫外檢測器。紫外檢測波長為225nm;洗脫條件：流動相由 濃度為超純水和甲醇組成，體積比為90% : 10%，流速為lml/min，進樣量為10μL，柱溫為 3(TC〇
[0025] 對比例1
[0026] 未在模擬制藥廢水中投加鐵鈰復合物，其余步驟與實施例1相同。
[0027] 對比例2
[0028] 未在模擬制藥廢水中加入雙氧水，其余步驟與實施例1相同。
[0029] 對比例3
[0030] 未在模擬抗生素廢水中投加鐵鈰復合物，其余步驟與實施例2相同。
[0031] 對比例4
[0032] 未在模擬抗生素廢水中加入雙氧水，其余步驟與實施例2相同。
[0033] 由圖1中可知，本發明采用超聲浸漬法制備的鐵鈰復合物在類芬頓體系中催化反 應20min，對制藥廢水和抗生素廢水的去除效果分別可達81 %和87%。本發明超聲浸漬法 制備的鐵鈰復合物反應前后無明顯變化，結構穩定，活性較高，且制備方法操作步驟簡單， 反應時間短，反應條件易控制，有實際應用的價值。
【主權項】
1. 一種超聲浸漬制備鐵鈰復合氧化物的方法，包括如下步驟： 將鈰元素的金屬鹽溶于水后，加入堿的水溶液進行沉淀反應，反應完畢將所得沉淀干 燥再研磨，自然冷卻至室溫得到二氧化鈰粉末；將鐵元素的金屬鹽溶于水后，加入上述二氧 化鈰粉末進行超聲浸漬，反應完畢將所得沉淀過濾再煅燒，自然冷卻至室溫得到所述鐵鈰 復合氧化物。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于： 所述鋪元素與堿的摩爾比為〇. 05~0. 15 : 0. 1~0. 3 ;堿的水溶液為氫氧化鈉的水 溶液或氫氧化鉀的水溶液，濃度為〇. 1~1. 〇mol/L;鋪元素的金屬鹽為硝酸鋪，鐵元素的金 屬鹽為氯化亞鐵，鐵和鈰元素的摩爾比為1~9 : 9~1。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述沉淀反應步驟中，溫度為30~40°C，反應時間為3h~5h;干燥步驟中，溫度為 100~120°C，時間為2h~10h;超聲浸漬步驟中，超聲的功率為65W~650W，頻率為20~ 40KHz，時間為5min~30min;煅燒步驟中，溫度為400~600°C，時間為lh~5h。
【專利摘要】本發明公開了一種超聲浸漬制備鐵鈰復合氧化物的方法及其在類芬頓水處理體系中的應用。該超聲浸漬制備鐵鈰復合氧化物的方法如下：將鈰元素的金屬鹽溶于水后，加入堿的水溶液進行沉淀反應，反應完畢將所得沉淀干燥再研磨，自然冷卻至室溫得到二氧化鈰粉末；將鐵元素的金屬鹽溶于水后，加入上述二氧化鈰粉末進行超聲浸漬，反應完畢將所得沉淀過濾再煅燒，自然冷卻至室溫得到所述鐵鈰復合氧化物。本發明采用超聲浸漬法制備的鐵鈰復合氧化物結構穩定，活性較高，且制備方法操作步驟簡單，反應時間短，反應條件易控制，有實際應用的價值。在類芬頓水處理體系中催化反應20min，對制藥廢水和抗生素廢水的去除效果分別可達81％和87％。
【IPC分類】B01J23/83, C02F103/34, C02F1/72, B01J37/03, C02F101/38, B01J37/34
【公開號】CN105251499
【申請號】CN201510691039
【發明人】張光明, 種珊, 田慧芳, 劉毓璨, 張楠, 黃挺, 方順燕, 李昊坤
【申請人】中國人民大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月23日