专利名称：以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法
技术领域：
本发明属于氧化铈纳米粒子的应用技术领域，特别是提供了一种以 氧化铈纳米粒子作为催化剂降解活性蓝染料废水的方法。
背景技术：
纳米Ce02是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物催化剂，具有 较为独特的晶体结构、较高的储氧能力(OSC)和释放氧的能力、较强的氧 化-还原性能，是一种廉价且用途极广的工业材料。它可以作为固体氧化 物燃料电池(SOFC)的氧离子导体的主要基体材料，可以用作发光材料、 电子陶瓷、玻璃的抛光剂及玻璃脱色澄清剂，可以用作汽车尾气净化方 面的三元催化助剂，也是超导体、陶瓷、石油裂解催化剂和均相催化剂 的重要组成成分，因而受到了人们极大的关注， 一些研究成果己应用于 工业催化领域。染料废水是目前公认的有害工业废水，全世界每年以废 弃物形式向环境中排放染料约60000吨左右，由于染料废水中活性染料 的含量很高而且很难生物降解，如果不经过处理就排放，不仅直接危害 人体健康，而且严重破坏水体、土壤及生态系统水，对环境影响非常大。 而在我国，据不完全统计，印染企业每天排放废水量300-400万吨，而 目前染料废水的治理率不足60%，因此研究其有效的处理方法具有重要 的现实意义。目前， 一般采用改性的纳米Ti02作为光催化剂降解染料废 水，例如在Catalysis Today, 2002， 76(2-4) :235-246中，Cristian Lizama等人用二氧化钛和氧化锌作光催化剂降解活性蓝溶液；在 Journal of Molecular Catalysis A:Chemical，2007, 261:131—138中， 在Jingyi Li等人用纳米二氧化钛在紫外和可见光下降解染料污染物。 但这些方法催化剂制备工艺复杂，降解条件要求苛刻，光照利用不充分， 很难实现工业化。鉴于上述应用过程中存在的问题，探索一种制备工艺 简单易行、降解条件容易控制的新型催化剂是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铈纳米粒子作为催化剂降解活性蓝 染料废水的方法，解决了降解活性蓝染料废水的催化剂制备工艺复杂， 降解条件要求苛刻，降解效率不高，光照利用不充分，很难实现工业化 等问题。
本发明的技术方案是首先采用水热法制得氧化铈纳米粒子，然后将 氧化铈纳米粒子放入活性蓝染料废水中，经光照降解活性蓝染料废水，
其工艺步骤如下1、 制备反应混合液配制0.1-0.5mol/L的铈盐溶液和0.1-1.5mol/L浓度的碱液，取5-70mL 配制好的铈盐溶液放入烧杯中，加入模板剂，搅拌，再滴加5-30mL的 碱液混合搅拌，制备得到反应混合液；2、 水热法制得氧化铈纳米粒子将步骤1制备的反应混合液放入高压聚四氟乙烯反应罐中，在烘箱 中80-200'C反应4-36h，冷却至室温。反应后的溶液分别用去离子水、 无水乙醇洗涤l-5次，离心分离，在40-80。C下干燥6-24h，研磨，得到 氧化铈纳米粒子粉末；3、 降解活性蓝染料废水配制50-150 mg/L的活性蓝溶液，取40-100ml放入锥形瓶中，加入步 骤2制备的氧化钸纳米粒子粉末，在光照下搅拌l-10h，离心分离，得到 降解后的溶液。本发明所述的铈盐溶液为Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中的任何一种； 所述的碱液为NaOH、 NaAc、 (NH2)2CO、 NH3 'H20中的任何一种或其任意2-3 种的混合物；所述的模板剂为十二垸基硫酸钠(SDS)、十六垸基三甲基溴 化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)、曲拉通X-100 (TX-100)中的任何一种 或其任意2-3种的混合物；所述光照光源为自然光、日光灯、紫外灯、氙 灯中的任意一种。与现有技术相比，本发明的优点在于由于采用纳米氧化铈作为催化剂，样品制备工艺简单，无需煅烧、 无需负载，产品纯度高；另外，降解操作工艺简单，条件容易控制，降 解速度快，常温常压光照下即可反应，节省能耗。
图1为本发明制备氧化铈纳米粒子及使用其降解活性蓝染料废水的 流程示意图。图2为本发明实施例1中纳米Ce02粉体的XRD谱图。图3为本发明实施例1中纳米Ce02粉体的TEM (200K)相片。图4为本发明实施例1中活性蓝染料溶液降解前后紫外吸收谱图。
具体实施方式
实施例l配制0.1mol/L的Ce(N03)3溶液和0.4mol/L的NaAc溶液，取10ml 的0.1 mol/LCe(N03)3溶液放入烧杯中，加入2.73gCTAB搅拌，再加入10ml 的0.4mol/L NaAc溶液，混合搅拌。之后将混合液放入高压聚四氟乙烯 反应罐中，在烘箱中18(TC反应6h，炉内冷却至室温。取出反应后的溶 液，分别用去离子水、无水乙醇洗涤3次，离心分离，干燥研磨，得到 氧化铈纳米粒子粉末。配制100 mg/L的活性蓝溶液，取40ml放入锥形 瓶中，加入制备好的氧化铈纳米粒子粉末，在自然光下搅拌5h，离心分 离，得到降解后的溶液。对所得氧化铈纳米粒子粉体进行X-射线衍射分析，结果如图2所示， 图中出现的衍射峰均为Ce02的特征衍射峰，确认得到的产物是Ce02，并 且产物中无任何杂质。产物的TEM透射电镜照片如图3所示，从图中可以看出，此方法制 得的Ce02为纳米粒子，粒径在15-25nm，晶形为立方萤石结构，并且分 散性好、形貌规整。对降解前后的活性蓝染料溶液进行紫外吸收测试，结果如图4所示， 从图中可以看出，降解后活性蓝染料溶液在590nm的吸收峰强度明显减 弱，说明溶液颜色变浅，溶于水的染料大部分被降解。实施例2采用与实施例1相同的反应物和方法，在烘箱中150'C反应24h，同 样可制备得到粒径在纳米级的Ce02粉体，可降解活性蓝染料废水。 实施例3以Ce(Ac)3和H20为反应物，采用与实施例1相同的条件和方法， 同样可制备得到粒径在纳米级的Ce02粉体，可降解活性蓝染料废水。 实施例4以Ce(N03)3和NaOH为反应物，采用与实施例1相同的条件和方法， 同样可制备得到粒径在纳米级的Ce02粉体，可降解活性蓝染料废水。 实施例5与实施例1相同条件制备得到纳米级的Ce02粉体，加入到活性蓝染 料溶液中，在日光灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大
部分被降解的溶液。实施例6与实施例1相同条件制备得到纳米级的Ce02粉体，加入到活性蓝染 料溶液中，在紫外灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大 部分被降解的溶液。实施例7与实施例1相同条件制备得到纳米级的Ce02粉体，加入到活性蓝染 料溶液中，在氙灯下搅拌5h，离心分离，同样可得到溶于水的染料大部 分被降解的溶液。
权利要求
1、一种以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法，其特征在于，工艺步骤为(1)制备反应混合液配制0.1-0.5mol/L的铈盐溶液和0.1-1.5mol/L浓度的碱液，取5-70mL配制好的铈盐溶液放入烧杯中，加入模板剂，搅拌，再滴加5-30mL的碱液混合搅拌，制备得到反应混合液；(2)水热法制得氧化铈纳米粒子将步骤(1)制备的反应混合液放入高压聚四氟乙烯反应罐中，在烘箱中80-200℃反应4-36h，冷却至室温。反应后的溶液分别用去离子水、无水乙醇洗涤1-5次，离心分离，在40-80℃下干燥6-24h，研磨，得到氧化铈纳米粒子粉末；(3)降解活性蓝染料废水配制50-150mg/L的活性蓝溶液，取40-100ml放入锥形瓶中，加入步骤(2)制备的氧化铈纳米粒子粉末，在光照下搅拌1-10h，离心分离，得到降解后的溶液。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的铈盐溶液为Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中的任何一种。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的碱液为NaOH、 NaAc、 (NH2)2CO、 NH3 H20中的任何一种或其任意2-3种的混合物。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的模板剂为十二烷基 硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、曲拉通X-100中的任何一种或其 任意2-3种的混合物。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于铈盐溶液、碱液、模板剂 混合比例为1: 1: 1—1: 80: 10。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述光照光源为自然光、 日光灯、紫外灯或氙灯。
全文摘要
以氧化铈纳米粒子为催化剂降解染料废水的方法，属于氧化铈纳米粒子的应用技术领域。特征在于首先采用水热法制得氧化铈纳米粒子粉末；然后在活性蓝染料废水中加入氧化铈纳米粒子粉末，经光照降解活性蓝染料废水。本方法催化剂制备工艺简单，无需煅烧、无需负载，产品纯度高；降解操作工艺简单，条件容易控制，降解速度快，常温常压光照下即可反应，节省能耗。
文档编号C02F1/30GK101125704SQ200710119249
公开日2008年2月20日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者悦 张, 郭广生 申请人:北京化工大学