[发明专利]一种降解氯代芳烃的铁铈金属氧化物及制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种降解氯代芳烃的铁铈金属氧化物。

本发明还涉及上述铁铈金属氧化物的制备方法。

本发明还涉及上述铁铈金属氧化物降解氯代芳烃的方法。

背景技术

氯代芳烃化合物是环境中难降解的一类污染物，由于其高毒性、难降解及在食物链中富集，它的污染控制已成为世界各国关注的环境焦点问题。我国历史上是生产氯代芳烃化合物的大国，一些有机氯杀虫剂如滴滴涕、六氯苯等在我国有过广泛使用，在上世纪六十年代到八十年代我国曾累计生产多氯联苯近万吨，并先后从比利时、法国等进口过大量装有多氯联苯的电力电容器。这类氯代芳烃化合物在环境中非常难于自然降解，对环境安全和人类健康存在着重大威胁。

近年来，利用金属氧化物对氯代芳烃化合物进行加氢还原脱氯或氧化脱氯降解在环境保护领域中日益受到关注。在作为降解剂的金属氧化物中，铁的氧化物凭其廉价、无毒等优点，在有机氯化合物的降解中倍受关注。例如，Klabunde等人利用Fe₂O₃在400C°以上实现了脂肪族有机氯化物的高效降解(Paul D.Hooker，Kenneth J.Klabunde，Environ.Sci.Technol.，1994，28，1243-1247)。然而新近的文献报道证明Fe₂O₃在300℃相对较低的温度下却显示了很低的氯代芳烃降解活性(Xiaodong Ma，Minghui Zheng，et al.，Chemosphere，2005，60，796-801)。

近二十一世纪以来，纳米科学技术的迅速开展为金属氧化物降解技术的研发带来了新的思路。与传统材料不同，由于纳米材料具有高暴露的比表面积和很强的表面反应活性，在污染物吸附降解方面有着无可比拟的优越性。在纳米材料中，三维微/纳米材料的构成单元为由分级有序的纳米粒子组装的微米级颗粒，不仅具有纳米颗粒的特异性能，而且整个颗粒大小处于微米级从而使用后容易分离回收，因此利用三维微/纳米材料对氯代芳烃化合物进行处理势必存在着广泛的应用前景。而在材料研究中，多相复合一直是研究热点之一。通过多相复合可以得到多功能材料，可以提供或者提高单一材料所不具备的独特功能或性能。研究表明，氧化铈具有优越的储氧供氧功能。因此，如能制备成铁铈金属氧化物的复合型微/纳米结构材料必能大大提高氯代芳烃的降解性能，少量的氧化铈在氧化铁中的添加可促进氯代芳烃的降解向氧化开环的方向进行，从而有利于实现无害化降解。但是目前制备分级有序的三维微/纳材料，尤其是多组分的分级有序的三维微/纳材料，仍然存在着巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降解氯代芳烃的铁铈金属氧化物。

本发明的又一目的在于提供制备上述铁铈金属氧化物的方法。

为实现上述目的，本发明提供的降解氯代芳烃的铁铈金属氧化物，所述铁铈金属氧化物的纳米粒子组装成直径为0.5～1.5μm的微米球，球表面是纳米颗粒组成的多孔结构，物相由Fe₃O₄、Fe₂O₃和CeO₂三相组成，形成均匀复合的铁磁性混合物。

本发明提供的制备上述铁铈金属氧化物的方法，其主要步骤为：

1)将溶于醇溶液的三价铁盐和三价铈盐按总摩尔浓度为25-60mM、摩尔比为1.8-2.3∶1的比例溶解在醇溶液中，同时加入浓度为0.3-1.0mM的非离子表面活性剂和9-11倍于金属离子总浓度的尿素，搅拌成为透明液体，加热至回流温度反应后，冷却至室温，收集沉淀物；沉淀物用乙醇洗涤，干燥后得到黄绿色的铁铈氧化物前驱物；

2)将铁铈氧化物前驱物置于以氮气气氛中，300-350℃下灼烧小时，得到暗红色的Fe_xO_y-CeO₂铁磁性微/纳米球。

所述的方法中，铁盐和铈盐为硝酸盐、氯化物或者硫酸盐。

所述的方法中，醇溶液为乙二醇、丙三醇。

所述的方法中，非离子表面活性剂为聚乙二醇或者乙烯基聚吡咯烷酮。

所述的方法中，加热至回流温度是用油浴加热。

所述的方法中，加热至回流温度反应时间为50-70分钟。

本发明利用上述铁铈金属氧化物降解氯代芳烃的方法，以铁铈金属氧化物微/纳米球作为降解剂，与氯代芳烃化合物混合加热反应，降解氯代芳烃；铁铈金属氧化物的质量是氯代芳烃质量的20倍以上，反应温度在250℃以上。