一种铁基微波催化材料的制备及对磺胺类药物和六价铬的处理应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铁基微波催化材料的制备方法及降解磺胺类药物和还原六价铬的方法

【技术实现步骤摘要】
一种铁基微波催化材料的制备及对磺胺类药物和六价铬的处理应用


[0001]本专利技术属于功能材料制备催化氧化还原处理环境污染物
，具体涉及一种铁基微波催化材料的制备方法及降解磺胺类药物和还原六价铬的方法
。

技术介绍

[0002]磺胺类药物是指拥有对氨基本磺酰胺的一类药物的统称，磺胺甲恶唑
(SMX)
作为磺胺类药物的典型代表被广泛应用于生物医药行业，使用量非常庞大
。
但磺胺类抗生素及其次级代谢产物的滥用在水生生态系统中会抑制微生物的活动，通过食物链富集可直接威胁人类健康
。
更严重的是，
SMX
还被列入世界卫生组织的第三类致癌物名单
。
在冶金
、
电镀等行业中，含铬工业废水的大量排放使天然水体和污水处理厂中存在大量的
Cr(VI)
，
Cr(VI)
极易溶于水，在土壤和水体中具有较高的迁移性，是国际公认的三种致癌金属化合物之一，对生态系统和人体健康构成了严重威胁
。
在污水处理厂中，存在
Cr(VI)
与
SMX
复合污染的情况，因此，开发一种高效处理这些污染物的方法迫在眉睫
。
[0003]针对这两种水体污染物的修复技术已经有了较多的研究，常见的
SMX
废水的主要处理方式包括生物降解法
、
物理吸附法
、
传统化学法和高级氧化法；常用的
Cr(VI)
污染废水的修复技术则主要包括生物降解法
、
沉淀法
、
离子交换法
、
物理吸附法和零价铁还原法
。
这些方法对
SMX
和
Cr(VI)
都分别展现了良好的处理效果，但仍存在许多问题与不足
。
中国专利“一种利用螯合剂改性
Fe3O4材料催化降解水体中磺胺类药物的方法，申请号
201811063334.8”公开了一种利用螯合剂改性
Fe3O4材料催化降解水体中磺胺类药物的方法，该方法通过制备螯合剂改性
Fe3O4催化剂，催化过一硫酸盐
(PMS)
氧化降解水体中的磺胺甲恶唑
。
该方法虽然处理时间短
(20
‑
40min)
，但降解效率较低
(<70
％
)
且外加的化学氧化剂
PMS
价格较高
。
中国专利“一种高效治理环境中六价铬污染的复合材料及其制备方法与应用，申请号
202211329027.6”公开了一种高效治理环境中六价铬污染的复合材料及其制备方法与应用，该方法通过共沉淀法制备纳米硫化碳负载生物炭材料，将其作为吸附剂对水体中
Cr(VI)
进行吸附
。
该方法虽然对水体中
Cr(VI)
去除效率高，但存在处理时间长，且吸附后的材料上有大量
Cr(VI)
，需要进行对吸附剂二次处理
。
中国专利“修复多环芳烃和六价铬复合污染土壤的微生物组合及方法，申请号
202211428273.7”公开了一种多环芳烃和六价铬复合污染土壤的修复方法，该方法利用多种微生物进行组合使用，达到同时修复土壤中多环芳烃和
Cr(VI)
的目的
。
该方法虽然能同时修降解有机物与还原
Cr(VI)
，但存在修复时间长
(30
‑
60d)
，修复效率低
(<80
％
)
的问题
。
设计一种高效，无污染，可同时处理废水中
SMX
和
Cr(VI)
的技术对水污染处理领域有重要意义
。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术着眼于绿色环保材料制备及高效环境修复技术设计，将铁盐
、
锌盐
、
生物炭
、
硼酸和柠檬酸作为原料采用一步热解法制备硼掺杂铁酸锌负载生物炭微
波催化剂
。
在微波辐射下，催化剂表面产生电子
(e
‑
)
‑
空穴
(h
+
)
对并且快速分离，这些电子和空穴可直接参与氧化还原反应，也可以生成其他活性物质间接参与污染物的降解
。
如电子可与氧气反应产生超氧自由基
(
见式
1)
，空穴可与水反应产生羟基自由基
(
·
OH)(
见式
2)
，这些自由基会进一步对水体中污染物进行降解与矿化
。
[0005][0006]H2O+h
+
→
·
OH+H
+
ꢀꢀ
(2)
[0007]本专利技术是通过以下原理实现降解
SMX
和还原
Cr(VI)
的：将微波催化剂加入
SMX
与
Cr(VI)
污染水体后，催化剂首先吸附水体中的
SMX
与
Cr(VI)
，在微波辐射下，催化剂表面产生的电子会还原吸附的
Cr(VI)
，而催化剂表面产生的空穴和其他活性物质会氧化吸附的
SMX。
在催化剂表面吸附的
SMX
与
Cr(VI)
分别被降解与还原的同时，催化剂又会从水体中再继续吸附
SMX
与
Cr(VI)
，如此循环，直至水体中的
SMX
全部被降解
、Cr(VI)
全部被还原
。
本专利技术的优势在于，可以快速高效氧化降解磺胺类药物与还原六价铬，且无需外加氧化剂，处理成本低
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种铁基微波催化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1
：取铁盐，锌盐，生物炭，硼酸混合于去离子水中，并加入一定量柠檬酸形成混合物；
[0010]S2
：将步骤
S1
中制得的混合物在水浴加热下搅拌2‑
4h
，随后置于烘箱中干燥，得到凝胶状物；
[0011]S3
：将步骤
S2
中制得的凝胶状物以2‑
5℃/min
的升温速率升温至
400
‑
600℃
煅烧1‑
3h
，随后用去离子水清洗3‑5次，得到铁基微波催化材料；
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，步骤
S1
所述铁盐为硝酸铁，氯化铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁基微波催化材料的制备方法，包括以下步骤：
S1
：取铁盐，锌盐，生物炭，硼酸混合于去离子水中，并加入柠檬酸形成混合物；
S2
：将步骤
S1
中制得的混合物在水浴加热下搅拌，随后置于烘箱中干燥，得到凝胶状物；
S3
：将步骤
S2
中制得的凝胶状物以1‑
6℃/min
的升温速率升温至
400
‑
600℃
煅烧1‑
3h
，随后用去离子水清洗，得到铁基微波催化材料
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S1
所述铁盐为硝酸铁，氯化铁中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S1
所述锌盐为硝酸锌，氯化锌中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S1
所述生物炭为木质建筑废料热解后形成的碳材料
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
S1
所述铁盐
、
锌盐
、
生物炭
、
硼酸
、
柠檬酸的摩尔比为
2:1
：（
0.1
‑
0.2
）：（
0.05
‑
0.2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林亲铁，刘煜欣，郑君里，骆扬，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：