[发明专利]高pH适应性纳米磁性催化剂及其制备和去除苯酚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域以及催化领域，尤其是一种高pH适应性纳米磁性催化剂及其制备和去除苯酚的方法。

背景技术

石油化工、炼油、煤气与炼焦等工业排放出大量的含有苯酚的废水。苯酚属于高毒类物质，低浓度苯酚能使蛋白质变性，高浓度能使蛋白质沉淀，故对细胞有直接损害，可使粘膜、心血管和中枢神经系统受到腐蚀、损害和抑制，因此对处理含酚废水的研究日益引起人们的重视。对该类废水目前采用最多的处理方法是生化处理法和物化处理法，其中Fenton技术具有使用范围广，矿化率高的优势，但其pH值适应范围较窄，且不利于回收。

最近的一些研究发现，四氧化三铁具有类似于过氧化物酶的特性。利用非均相的类Fenton催化剂(如针铁矿、赤铁矿、氧化铝或多孔硅材料负载铁等)，可在一定程度上解决均相Fenton反应的上述问题，但由于固液传质的限制，非均相体系往往难以达到均相反应的快速和高效。若以纳米级的四氧化三铁作为类Fenton催化剂，可能通过磁性纳米材料的高比表面积和表面活性来提高非均相氧化降解的效率，拓宽Fenton反应适用范围，同时实现催化剂的快速回收再利用。但现有的纳米四氧化三铁只能在酸性条件(pH＝3)下，催化氧化苯酚，没有从根本上解决Fenton反应的不足。结合纳米四氧化三铁合成的原理，通过改变合成比例以及进行高温晶化，从而改变纳米四氧化三铁的结构，提高其pH适应性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高pH适应性纳米磁性催化剂及其制备和去除苯酚的方法，该制备方法简单，得到的催化剂具有良好的酸碱适应性，在实际应用中，减少调节pH值的成本和时间。该高pH适应性纳米磁性催化剂可以催化水体中的苯酚与双氧水发生氧化反应，从而达到治理污染的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高pH适应性纳米磁性催化剂，该高pH适应性纳米磁性催化剂主要通过Fe²⁺和Fe³⁺高温晶化形成纳米四氧化三铁，其中Fe²⁺与Fe³⁺合成比例为1∶2-1∶1，最佳比例为1∶1。

高pH适应性纳米磁性催化剂制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)配制0.12mol/L的FeSO₄·7H₂O溶液和0.12mol/L的FeCl₃·6H₂O溶液；

(2)按1∶2-1∶1的比例取FeSO₄·7H₂O和FeCl₃·6H₂O两种溶液置于三口烧瓶中形成混合溶液，向混合溶液中通入高纯氮气30min；

(3)在无氧条件下，将质量浓度为2.5％的氨水滴加到剧烈搅拌的混合溶液中，其中氨水和混合溶液的体积比为1∶2，滴加完毕后继续搅拌陈化反应40min得到反应产物；

(4)反应产物经脱氧去离子水及乙醇各洗涤3次，将洗涤后的产物隔氧在200℃下加热烘干，得到高pH适应性纳米磁性催化剂。

取初始浓度为210mg/L的苯酚溶液置于血浆瓶中，调节pH至5，向溶液中加入0.1g新制备的高pH适应性纳米磁性催化剂和400μl H₂O₂(30％)，200rpm振荡反应180min。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明所需设备简单，工艺简便，通过提高Fe²⁺与Fe³⁺的比例，并进行高温晶化，制备出一种高pH适应性纳米磁性催化剂。该高pH适应性纳米磁性催化剂主要由纳米四氧化三铁构成，由于纳米四氧化三铁的粒径小，比表面积大，反应活性高，因此，与普通的四氧化三铁相比可以更加快速地催化氧化苯酚，在常温常压下发生催化氧化反应。

2.该高pH适应性纳米磁性催化剂具有良好的高pH适应性，在偏中性或中性条件下，在180min内苯酚和COD的降解率分别达到100％和70％，即使在碱性(pH＝9.0)条件下，该催化剂对苯酚降解也有作用，反应180min降解率可达20％。实际应用中不需要调节体系的pH值就可以在较短的时间里达到满意的去除效果，不会对环境造成二次污染。

3.该高pH适应性纳米磁性催化剂便于回收利用，节约成本。且在常温常压下就可以去除水体中的苯酚，需要设备简单，操作方便，具有运行成本低的特点。

附图说明

图1为本发明纳米四氧化三铁的TEM照片；

图2为本发明纳米四氧化三铁的XRD谱图；