一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF及其制备方法与应用。上述制备方法，包括：硅氟酸亚铁与醇溶剂混合，进行溶剂热反应，反应结束后，后处理得所述高效中性非均相芬顿催化剂FeOF。本发明专利技术的制备方法采用溶剂热法制备FeOF非均相芬顿催化剂，通过增强活性Fe中性的Lewis酸性，强化Fe与H2O2的相互作用，加速H2O2电子转移到Fe(III)中，实现Fe(III)快速还原至Fe(II)，从而加速Fe(III)/Fe(II)氧化还原转化速率，催化H2O2在中性条件下快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解，显著提高有机污染物的矿化程度。显著提高有机污染物的矿化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于水污染强化处理
，具体涉及一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当前，随着工业不断发展，造成工业废水排放量逐渐增大，且废水中成分日益复杂，传统物化方法难以处理，导致大量废水难以达标排放。特别是，印染、制药、焦化、食品加工等行业，其产生的废水具有有机污染物含量高、生物毒性大、可生化处理能力差等特点，给生态环境和人体健康带来了巨大的威胁，如何实现工业废水的高效处理仍是一项巨大的挑战。芬顿氧化法是一种极具应用前景的高级氧化技术(AOPs)，该方法因能实现有机污染物的有效去除而被广泛应用于水污染控制领域。
[0003]传统的均相芬顿法，是以Fe
2+
为催化剂，通过催化H2O2分解产生羟基自由基(
·
OH)，利用羟基自由基极强的氧化能力对水体中的有机污染物进行氧化分解，使有机污染物最终被氧化为为二氧化碳和水，实现有机污染物的彻底去除。然而，传统均相芬顿反应通常需要在较低的pH(3～4)条件下才能高效催化H2O2有效分解成羟基自由基，且铁离子无法回收再利用，容易产生含铁污泥造成二次污染，逐渐被非均相芬顿氧化法而替代。
[0004]非均相芬顿氧化是利用H2O2在固体催化剂表面Lewis酸位上通过电子转移而通过均裂产生羟基自由基降解有机污染物的过程。常用的非均相芬顿催化剂主要包括Fe2O3、Fe3O4、FeOOH，虽一定程度上解决了均相芬顿反应过程中产生铁泥的问题，但该类催化剂芬顿活性的pH适用范围任较窄(3～4)，极大地限制了非均相芬顿氧化法推广应用。
[0005]因此，开发一种经济、稳定、且能在中性条件下具有高效活性的非均相芬顿催化剂，有望破除当前非均相芬顿催化剂pH响应范围窄的困局。

技术实现思路

[0006]针对当前非均相芬顿催化剂pH响应范围窄，特别是中性条件下催化芬顿反应效率几乎为零的问题，本专利技术的目的在于提供一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF及其制备方法与应用。
[0007]本专利技术目的通过下述方案实现：
[0008]一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF的制备方法：通过铁与硅氟酸反应制得硅氟酸亚铁，再将硅氟酸亚铁与醇溶剂混合，最后经过溶剂热反应获得高效中性非均相芬顿催化剂FeOF。
[0009]一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF的制备方法，包括：
[0010]硅氟酸亚铁与醇溶剂混合，进行溶剂热反应，反应结束后，后处理得所述高效中性非均相芬顿催化剂FeOF。
[0011]作为优选，所述硅氟酸亚铁与所述醇溶剂的摩尔体积比为1mol/(10～100)L；进一步优选为1mol/(10～60)L；更进一步优选为1mol/(40～60)L。
[0012]作为优选，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种的混合；进一步优选为正丙醇或乙醇。
[0013]作为优选，所述溶剂热反应的反应温度为100～300℃；进一步优选为150～250℃；更进一步优选为200℃。
[0014]作为优选，所述溶剂热反应的反应时间为2～48h。进一步优选为5～24h，更进一步优选为10h。
[0015]作为优选，溶剂热反应结束后进行如下后处理：
[0016]将反应液离心使其固液分离，所得固体进一步进行真空干燥，得所述高效中性非均相芬顿催化剂FeOF。
[0017]作为进一步优选，真空干燥的温度为50～150℃；更近一步优选为80～120℃；作为进一步优选方案，所述真空干燥的温度为100℃。
[0018]作为优选，所述溶剂热反应可以在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行，在设定温度下溶剂热反应设定时间后，离心分离，沉淀洗涤，真空烘干，得到高效中性非均相芬顿催化剂FeOF产品。
[0019]作为优选，所述硅氟酸亚铁由铁与硅氟酸反应制得。
[0020]作为进一步优选，所述铁采用还原铁粉。
[0021]作为进一步优选，所述铁与所述硅氟酸的摩尔比为1：(2～20)；进一步优选为1：(3～10)；更进一步优选为1：(7～9)。
[0022]作为具体优选，所述硅氟酸亚铁的制备过程如下：
[0023]将还原铁粉加入到硅氟酸中，40～60℃下恒温搅拌，反应结束后，低温烘干，得所述硅氟酸亚铁。
[0024]作为优选，上述恒温搅拌，可以采用机械搅拌或者先用机械搅拌至铁粉溶解后改为磁力搅拌等。
[0025]作为优选，所述恒温搅拌时间为1～24h；进一步优选为10～24h；更进一步优选为24h。
[0026]一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF，由上述任一项所述的制备方法制得。
[0027]一种如上所述的高效中性非均相芬顿催化剂FeOF在降解废水中有机污染物中的应用。
[0028]作为优选，所述有机污染物为水杨酸、对硝基苯酚、氧氟沙星、四环素或以上任一化合物的类似物等。
[0029]作为优选，向含有有机污染物的废水中加入所述高效中性非均相芬顿催化剂FeOF，加入过氧化氢(H2O2)，触发芬顿反应；其中pH为3～7，有机污染物浓度为10～300ppm，有机污染物与过氧化氢的质量比为1：
[0030](3～35)；有机污染物和催化剂FeOF的重量比为1：(1～10)。
[0031]在上述芬顿反应中，有机污染物与H2O2的重量比优选为1：(5～20)；进一步优选为1：(12～18)。
[0032]有机污染物浓度优选适用范围为20～200ppm。
[0033]具体讲，本专利技术高效中性非均相芬顿催化剂FeOF催化活性的测试可以在恒温气浴摇床中进行，向有机污染物浓度为10～300ppm的有机废水中加入高效中性非均相芬顿催化
剂FeOF，然后加入双氧水在恒温气浴摇床中反应5～30min。测定处理后溶液中有机污染物的浓度和总有机碳含量(TOC)值，计算非均相芬顿氧化降解处理有机废水中有机污染物的降解速率常数和矿化率。
[0034]本专利技术采用溶剂热法制备高效中性非均相芬顿催化剂FeOF，可以利用氟元素的强电负性，极大降低了Fe上的电子云密度，增强活性Fe中性的Lewis酸性，强化Fe与H2O2的相互作用，加速H2O2电子转移到Fe(III)中，实现Fe(III)快速还原至Fe(II)，从而加速Fe(III)/Fe(II)氧化还原转化速率，催化H2O2在中性条件下快速分解产生更多的羟基自由基，增强对水中有机污染物的氧化降解，显著提高有机污染物的矿化程度。从而在中性条件下表现出高效的芬顿活性。
[0035]本专利技术采用简易的溶剂热法制备出高效中性非均相芬顿催化剂FeOF产品，该催化剂表面Lewis酸位多且酸性极强，在中性条件下可高效吸附、催化H2O2分解产生具有更强氧化能力的活性氧物种，使水中有机污染物的降解率和矿化率得到大幅度的提高。
[0036]采用本专利技术的催化剂，可以提高非均相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效中性非均相芬顿催化剂FeOF的制备方法，其特征在于，包括：硅氟酸亚铁与醇溶剂混合，进行溶剂热反应，反应结束后，后处理得所述高效中性非均相芬顿催化剂FeOF。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅氟酸亚铁与所述醇溶剂的摩尔体积比为1mol/(10～100)L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种的混合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的反应温度为100～300℃，反应时间为2～48h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅氟酸亚铁由铁与硅氟酸反应制得。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铁与所述硅氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：余德游，徐李聪，吴明华，胡倩，吕晨程，杨涛语，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：