[发明专利]一种磁性类芬顿催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及磁性Fe₃O₄/CeO₂纳米复合物高级氧化技术处理印染废水的方法。

背景技术

目前我国水质污染情况日趋严重，污水治理中，由化工、纺织、农药、生物医药等生产过程所产生的难降解高浓度有机废水是污水处理技术的难点问题。为了治理此类污染，目前常见的技术主要有臭氧氧化法、活性炭吸附法、薄膜分离法、湿式氧化法和芬顿氧化法等。相对于其它方法，芬顿氧化法因具有氧化速率快、成本及操作费用低等优点而被业内广泛使用。迄今为止，芬顿、类芬顿反应的研究已有上百年历史。芬顿反应主要利用H₂O₂在Fe²⁺/Fe³⁺的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基，通过自由基的超强氧化性将有机物氧化分解为小分子，甚至直接矿化转化为二氧化碳和水，能有效去除传统水处理技术无法去除的难降解有机物。类芬顿反应主要是采用铁离子之外的过渡族金属离子(如铜、锰、铝、铬、铈等)或过渡族金属氧化物、或者将不同的过渡族金属离子或氧化物负载固定，再与过氧化氢或其它强氧化剂反应生成自由基，从而达到氧化目标物的目的。但是，污水处理中，经典芬顿反应在加入过氧化氢和二价铁离子并经过酸化、氧化、中和和沉淀四个步骤之后会有大量铁泥生成，而且由于反应中不断产生的氧气气泡导致污泥上浮问题，使排放水质不达标，影响排放。此外反应中使用的催化剂不能回收利用，妨碍了芬顿反应在水处理中的实际应用。

近年来，磁性纳米颗粒被越来越多的应用于废水处理中。由于磁性纳米颗粒具有多孔性和易被磁铁分离回收的特性，因此被认为是一种很有前途的吸附剂和催化剂载体。磁性纳米颗粒合成方法很多，例如共沉淀、微乳相、水热法和超声化学等，其合成工艺也非常简便，价格便宜，用于污水处理成本低。但是单独使用磁性纳米颗粒作为催化剂用于水处理效率不高，效果不佳，需要进一步探索方法、改进性能，提高其催化性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种磁性固体复合物催化剂的制备方法及用途，本发明所需材料价廉易得，合成工艺简单，制备的磁性复合物催化剂协同催化效果好、能有效降低过氧化氢的投加量，具有环境友好、可回收使用等优点，克服了经典芬顿反应中易产生铁泥、催化剂回收困难的缺点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁性类芬顿催化剂的制备及其使用方法，所述催化剂由包覆在磁性四氧化三铁纳米颗粒上的纳米二氧化铈复合物组成，作为非均相催化剂活化过氧化氢产生羟基自由基降解亚甲基蓝染料。

本发明所述的催化剂由包覆在磁性四氧化三铁纳米颗粒上的纳米二氧化铈复合物组成。

本发明所述催化剂的制备方法，如下：首先将一定体积0.2M NaOH 溶液加入三口烧瓶中，再加入一定量的纳米CeO₂，水浴加热至75-85℃后，混合液中通入氮气3min以除去溶液中的氧，然后在电动搅拌下，逐滴加入一定量的含Fe₂(SO₄)₃和FeSO₄·7H₂O的混合溶液，在75-85℃温度和通氮气条件下维持反应1h，反应完毕后，外加磁场下，利用倾析法用二次蒸馏水洗涤所得沉淀5-6次，洗涤完毕后在60℃温度下真空干燥12h，然后取出干燥产物在研钵中研细，即得。

优选的催化剂的制备方法，如下：首先将一定体积0.2M NaOH 加入三口烧瓶中，再加入一定量的纳米CeO₂，水浴加热至80℃后，混合液中通入氮气3min以除去溶液中的氧，然后在电动搅拌下，逐滴加入一定量的含Fe₂(SO₄)₃和FeSO₄·7H₂O的混合溶液，在80℃温度和通氮气条件下维持反应1h，反应完毕后，外加磁场下，利用倾析法用二次蒸馏水洗涤所得沉淀5-6次，洗涤完毕后在60℃温度下真空干燥12h，然后取出干燥产物在研钵中研细，即得。

制备方法中的Fe₂(SO₄)₃和FeSO₄·7H₂O的混合溶液中，Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之比优选为1:4。