[发明专利]γ‑FeOOH催化剂的制备方法及专用装置及应用

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是一种γ-FeOOH催化剂的制备方法及专用装置及应用。

背景技术

Fenton高级氧化技术自从1894年法国科学家H.J.Fenton发现Fe²⁺能通过H₂O₂有效地催化苹果酸的氧化以来，后经加拿大学者H.R.Eisenhaner将Fenton试剂成功地应用到废水处理上，在近十几年的研究中Fenton试剂已成功运用于多种工业废水的处理，目前已成为废水深度处理技术中应用最广泛、技术最成熟的工艺。Fenton技术具有操作简单，反应物易得、无复杂设备且对环境友好等优点，已逐渐应用于制浆造纸、染料、皮革、防腐剂、显相剂、农药等难生物降解废水处理工程中，具有极为广阔的应用前景。但是由于羟基自由基(·OH)的高级氧化和铁盐的混凝中，不免会增加出水的含盐量，而且也会产生难以处理的铁泥，正是由于后期的去除铁离子的过程，难免会造成了Fenton高级氧化技术的处理费用高，因此对铁离子更好的处理技术开发成为研究的一个热点。

其中γ-FeOOH自催化结晶技术因过程简单，只要在氧气的作用下，水溶液中的铁离子能在γ-FeOOH结晶上连续结晶，形成一个自催化结晶过程，可以很有效地去除水中的铁离子。γ-FeOOH是纤铁矿的主要成分，具有类似于水软铝石的晶体结构，它可以通过绿锈逐渐氧化而成，呈现FeO₆八面体单元边缘共享的波纹片形态，层与层由氢键连接。目前，制备该类型的羟基氧化铁条件及方法较为复杂，这是因为铁的氢氧化物有很多，包括针铁矿、纤铁矿、水铁矿、绿铁矿等，主要是-FeOOH，制备的产物中以α-FeOOH和β-FeOOH为主，γ-FeOOH含量很少，而市面上也无在售的纯度较高的γ-FeOOH。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种可以提高γ-FeOOH纯度的γ-FeOOH催化剂的制备方法及专用装置及应用。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种γ-FeOOH催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.称量一定量的硫酸亚铁晶体，溶解于稀硫酸中，定容到1.25L后加入反应器内；

⑵.向反应器中通入N₂，气体流量为1L/min，保证反应器无氧后，称量适量氢氧化钠，使其与硫酸亚铁当量比为R，溶解于0.25L蒸馏水并缓缓加入到反应器中；

⑶.当反应器中出现均匀的浅绿色沉淀后，加入浓度为1N的磷酸氢二钠溶液，磷酸盐与反应器内溶液混匀后，关闭N₂同时通入O₂，O₂流量为0.1L/min；整个反应过程反应器使用SY-601超级恒温水浴回流45℃水体维持恒温，冷凝管中自来水回流冷却；反应进行时，对沉淀分散的水溶液通过重铬酸钾滴定分析Fe²⁺含量，使用HANNA pH211测定pH值，当Fe²⁺含量保持不变，pH值在3～4之间停止反应；

⑷.将制备出的氧化物过滤，用纯水洗涤至无硫酸根离子，置于110℃下干燥一夜，即得催化剂γ-FeOOH。

而且，步骤⑵所述的NaOH与FeSO₄的当量比R为0.8-0.9。

而且，步骤⑶所述的磷酸氢二钠为0.5％-2％Na₂O当量的磷酸盐。

一种制备γ-FeOOH催化剂的专用装置，其特征在于：包括恒温槽、反应器、气泵以及N₂钢瓶，恒温槽的出口连接反应器的上部侧壁，恒温槽的进口通过恒温水回流管连接反应器的下部侧壁；反应器的上部连接一个pH计，该pH计的检测端插入反应器内部液面的下方；反应器的上端插装一个竖直的冷凝管；反应器的上部还插装一个通气管，该通气管的出口端插入反应器内部液面的下方，进口端连接除CO₂装置的出口端，该除CO₂装置的其中一个进口端依次连接O₂阀、O₂转子流量计和气泵，该除CO₂装置的另一个进口端依次连接除O₂装置、N₂阀、N₂转子流量计和N₂钢瓶。

而且，所述的除O₂装置为串联设置的两个。