一种用于染料污水处理的磁控分离光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于染料污水处理的可控磁分离光催化剂及其制备方法。本发明 制备的光催化剂不仅可以具有明显的染料降解作用，而且还可以通过磁分离技术实现循环 再利用。
【背景技术】
[0002] 近年来随着工业技术的不断发展，使得越来越多的染料在纺织、塑料、食品、制药 等领域使用，因此在全球范围内导致了严重的染料污水污染问题。此外，大多数在纺织行业 使用的染料都是有毒并且高致癌。因此如何从工业废水中去除染料污染成为一个重要且紧 迫的问题。为了解决这一问题，高级氧化工艺（AOPs)由于其本身对于有机污染物的高效降 解作用，不断发展成为有效的技术之一。其中，光催化技术由于其简单、快速降解并且不会 产生有毒物质，成为最有效、持续的处理方法之一。
[0003] 酞菁是一种十八个31电子的平面大环芳香化合物，其中心有一个2.TXKT1%的 空穴，可以容纳许多金属和过渡金属元素，中心腔内的两个氢原子可以被70多种元素取 代，包括几乎所有的金属元素和一部分非金属元素，形成金属酞菁衍生物。金属酞菁的结 构特征使其十分适宜用作催化剂，目前已受到广泛的研宄关注。如中国专利（申请号为 201410091551. 3,201010215816)等。然而，这种光催化剂也存在着致命的缺点，由于平面 大环化合物有聚集的趋势因此会影响催化活性，限制其使用[M.Q.Hu，Y.M.Xu，J.C.Zhao， Efficientphotosensitizeddegradationof4-chlorophenoloverimmobilized aluminumtetrasulfophthalocyanineinthepresenceofhydrogenperoxide， Langmuir. 20(2004)6302-6307]。另一方面，由于其在水溶液中可以分散存在，因此在回收 再利用上也存在着不利之处。
[0004] 为了解决这些问题，一个有效的方法是通过将其负载到合适的载体材料 上去。因此，许多载体材料，比如有机聚合物分子、纤维素纤维、二氧化硅等被提出 [Y.Pan,ff.Chen,S.Lu,Y.Zhang,Novelaqueoussolublecobaltphthalocyanine： synthesisandcatalyticactivityonoxidationof2-mercaptoethanol，Dyes andPigments. 66(2005) 115-121 ；A.Kotiaho,R.Lahtinen,A.Efimov,H.K.Metsberg, E.Sariola,H.Lehtivuori,N.V.Tkachenko,H.Lemmetyinen,PhotoinducedChargeand EnergyTransferinPhthalocyanine-FunctionalizedGoldNanoparticles,J.Phys. Chem.C. 114(2010) 162-168]。另一方面，近年来由于无机粘土的低成本、高化学以及机械稳 定性等优点，使得无机粘土复合光催化剂逐渐成为一种新型的复合催化剂。凹凸棒土是一 种水合硅酸铝镁自然矿物常用的板条或纤维形态，可在其表面交换阳离子和活性羟基；此 外，其粗糙的表面，导致较高的比表面积和吸附能力。因此，其不仅可以作为支撑材料，防 止平面大环化合物的聚集，同时还可以作为染料的吸附材料。此外，通过将凹土功能化，使 其具有磁性，然后再作为基体材料，将金属酞菁负载到该基体上，可同时赋予光催化剂磁响 应，即可通过简单方法在污水处理完成后达到分离回收再利用的目的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种易分散、易回收、可再生的磁性纳米复合光催化剂，通过 超声负载法，合成含八羧基金属酞菁的磁性凹凸棒土的光催化剂，既具有磁性又能产生光 响应。同时还解决八羧基金属酞菁平面大环结构的聚集，提高其催化性能。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种用于染料污水处理的磁控分离光催化剂， 其特征在于，包括磁性凹凸棒土，所述的磁性凹凸棒土上负载有八羧基金属酞菁或其衍生 物。
[0007] 本发明还提供了上述的用于染料污水处理的磁控分离光催化剂的制备方法，其特 征在于，包括：
[0008] 第一步：将经过酸活化处理的凹凸棒土在蒸馏水中分散，在所得的分散液中加入 FeCl3溶液、FeCl2溶液以及NaOH溶液，通过原位合成的方法，制备磁性凹凸棒土；
[0009] 第二步：将磁性凹凸棒土与八羧基金属酞菁或其衍生物混合，通过超声搅拌方法， 制得用于染料污水处理的磁控分离光催化剂。
[0010] 优选地，所述的经过酸活化处理的凹凸棒土的制备方法包括：将直径为40-80nm， 长度为〇. 5-2ym的凹凸棒土分散于蒸馏水中，自然沉降l-3h，除去上层杂质后，超声分散， 加入1-3M的HC1溶液，所述的HC1溶液与上述的蒸馏水的体积比为1 : 1-2,超声分散，离 心，取上层洁净的凹凸棒土，收集后清洗并离心；
[0011] 优选地，所述的第一步中，在所得的分散液中加入FeCl3溶液、FeCl2溶液以及NaOH 溶液，通过原位合成的方法，制备磁性凹凸棒土的具体步骤包括：在所得的分散液中加入 0. 2M的FeCl3溶液，同时进行超声分散，加入0. 45M的FeCl2溶液，继续超声分散，滴加0. 5M 的NaOH溶液，至pH值达到10. 5-11. 5,同时反应液中出现黑色沉淀，继续超声反应l-2h，离 心，洗涤至中性，离心，干燥，得到磁性凹凸棒土，所述的经过酸活化处理的凹凸棒土与蒸馏 水、FeCl3溶液、FeCl2溶液的比例为 0.7g: 50-80ml: 5-50ml: 5-50ml。
[0012] 优选地，所述的八羧基金属酞菁为八羧基酞菁铁、八羧基酞菁铜、八羧基酞菁锌和 八羧基酞菁镁中的至少一种。
[0013] 优选地，所述的八羧基金属酞菁与磁性凹凸棒土的重量比例是1 : 99-10 : 90。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0015] 本发明把八羧基金属酞菁均匀负载到磁性凹凸棒土上，改善其平面大环结构的聚 集特性，使其催化性能提高，同时具有磁响应，进而可重复循环利用，可应用于连续化的污 水处理过程。且本发明制备方法简单、成本低廉。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员 可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的 范围。
[0017] 实施例1
[0018] -种用于染料污水处理的磁控分离光催化剂，包括磁性凹凸棒土，所述的磁性凹 凸棒土上负载有八羧基金属酞菁。其制备方法为：
[0019] 步骤1 :凹凸棒土提纯活化及其磁功能化：
[0020] 将未经处理过的直径为40-80nm，长度为0. 5-2ym的凹凸棒土经200目筛子筛选 后分散于700mL的蒸馏水中，自然沉降2h，除去上层杂质后，在超声槽内超声分散lh，然后 在蒸馏瓶内加入1M的HC1溶液500mL，置于超声波震荡器中