一种植物中空纤维负载的类Fenton催化剂、制备方法及其应用

文档序号:9337761阅读:579来源:国知局
一种植物中空纤维负载的类Fenton催化剂、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域,尤其是涉及一种植物中空纤维负载的类Fenton催化 剂、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 目前我国水体污染越来越严重,其中现代印染工业所排放的废水中染料分子含量 超标,印染分子难于降解,对人体健康和生态环境造成重大威胁,因此对印染废水的处理具 有重要的理论和实践意义。目前处理印染废水的方法主要有:吸附法、膜分离法、化学混凝 法、光催化氧化法、湿式空气氧化法、生化法、Fenton试剂氧化法等。其中,Fenton试剂法是 氏02在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(? 0H),?OH可与大多数有机 物作用使其降解。基于对传统Fenton法的改进,研究发现利用Fe'Mn2+等均相催化剂和 铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂共用,同样可使H2O2分解产生*0H,因其反应 基本过程与Fenton催化剂类似,故称为类Fenton催化剂。类Fenton催化剂法投资小、工 艺简单、操作方便,已逐渐成为废水处理领域研究的热点之一。
[0003] 在众多的类Fenton试剂中,Fe3O4由于在非均相系统中可共存Fe2+与Fe3+,能有效 地避免均相Fe的集聚和沉淀,而其磁性又为催化剂的分离带来很大的便利,因此,Fe3O4是 目前最为理想的类Fenton催化剂之一。研究表明,通过合适的载体能实现非均相催化剂的 吸附-高级氧化之间的协同作用,可有效地提高Fe3O4的高级氧化效率。目前已有将活性炭、 沸石、粘土等材料作为载体,应用于Fe3O4类Fenton催化剂的负载和制备,但是,这些材料往 往都是尺寸不规则的粉末或粒径较大的块状碎片、颗粒等,具有一定的局限性,不利于实际 应用。近年中,也出现了将碳纳米管和壳聚糖管等空心管状结构的材料作为Fe3O4类Fenton 催化剂载体的研究报道,但它们都需要专门的载体制备工艺和载体的表面化学改性,操作 复杂且成本较高,也极大地制约了这一类负载型Fe3O4类Fenton催化剂的制备和应用。
[0004] 悬铃木系悬铃木科悬铃木属落叶大乔木,原产北美、墨西哥、地中海和印度一带。 悬铃木在我国很多城市均用为行道绿化树种,我国的悬铃木为一球、二球、三球悬铃木。悬 铃木球果成熟后悬挂于树上经冬不落,翌春果柄断裂,球果掉落于地面,受机械力作用后 果球炸裂,散出许多小坚果,着生于小坚果上的果毛四处飘落,继而以多种方式严重污染 空气和人居环境:第一,悬铃木果毛落地后受机械力作用而反复断裂,形成可吸入颗粒物 (PMlO),对人眼鼻造成不适,可导致皮肤瘙痒和角膜炎;第二,悬铃木果毛吸附有细菌和病 毒,随果毛碎肩进入人体后,引发呼吸道感染、哮喘、咳嗽等疾病严重危害人体健康;第三, 散落地面和堆积的悬铃木果毛为城市的清洁工作带来压力,飘散在空中的悬铃木果毛也会 干扰行车驾驶视线,影响交通。因此,悬铃木果毛的污染一直让人们叫苦不迭又无可奈何。 实际上,长久以来令人苦恼的悬铃木果毛,本身是一种优良的天然纤维,该纤维表面光滑无 褶,呈中空结构,壁薄,比表面积大,悬铃木果毛纤维是由果胶、纤维素和木质素组成的死细 胞线性排列而成,质硬,不易受压变形。如果将悬铃木果毛加以收集和资源开发,可充分利 用其分布广泛、性能稳定及独特的空心管结构等优势,所开发的一系列新型材料必将具有 可观的经济效益和广泛的应用前景。目前,仅有马延文等关于碳化法国梧桐絮制备碳微 米管及作为超级电容器电极的研究,而尚未见到任何利用悬铃木果毛制备负载型Fe3O4类 Fenton催化剂的报道。

【发明内容】

[0005] 针对现有技术中的缺陷和不足,本发明的目的是提供一种植物中空纤维负载的类 Fenton催化剂、制备方法及其应用,解决了现有技术中操作复杂、成本高的问题。
[0006] 为解决上述问题,本发明所采用的技术方案是:
[0007] -种植物中空纤维负载的类Fenton催化剂,包括载体和负载于载体上的催化剂; 所述的载体为植物中空纤维,所述的催化剂为非均相类Fenton催化剂。
[0008] 具体的,所述的植物中空纤维为悬铃木果毛纤维,悬铃木果毛纤维的外径为25~ 30ym,悬铃木果毛纤维的内径为20~28ym;所述的非均相类Fenton催化剂为四氧化三 铁、钼酸铁或硫酸铁;所述的负载于载体上的催化剂厚度为2~5ym。
[0009] 具体的,所述的四氧化三铁为四氧化三铁纳米颗粒,四氧化三铁纳米颗粒的粒径 为 35 ~60nm。
[0010] 制备所述的植物中空纤维负载的类Fenton催化剂的方法,包括将三价铁盐、还原 剂、清洗后的植物中空纤维和稳定剂混合后通过水热反应得到沉淀物,再将沉淀物进行清 洗干燥即得植物中空纤维负载的类Fenton催化剂。
[0011] 具体的,所述的三价铁盐与还原剂的用量关系为0. 1~2g三价铁盐加入5ml还原 剂,所述的三价铁盐与清洗后的悬铃木果毛纤维的用量关系为5~20g三价铁盐加入Ig 清洗后的悬铃木果毛纤维,所述的三价铁盐与稳定剂的用量关系为0. 1~2g的三价铁盐加 入1~5ml的稳定剂;
[0012] 所述的三价铁盐为三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁,所述的还原剂为水合联氨,所述的 稳定剂为甲醛。
[0013] 更具体的,所述的水热反应的条件为在110~150°C的温度下反应2~8h。
[0014] 另外,所述的干燥为40~80°C真空干燥,干燥时间为4~12h。
[0015] 所述的植物中空纤维负载的类Fenton催化剂用于催化亚甲基蓝印染废水降解的 应用。
[0016] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0017] 本发明利用友好的反应及生成环境,选用天然的悬铃木果毛纤维制得了植物中空 纤维负载四氧化三铁类Fenton催化剂;
[0018] 第一,创新性地选用了悬铃木果毛纤维为非均相类Fenton催化剂的载体来源,该 纤维作为可再生资源,来源广泛,易生物降解,以其作为类Fenton催化剂的载体并应用于 水体中污染物的降解,实现了复合材料设计和应用层面的以废治废,绿色环保;
[0019] 第二,悬铃木果毛为空心管结构,该结构负载的Fe3O4所得到的类Fenton催化剂具 有比表面积大,吸附能力强的优势。借助于该材料内部巨大的空腔,可实现水体中污染物分 子在材料表面和空腔内部的高效吸附和储存,继而借助于扩散和传质为下一步发生在负载 态四氧化三铁表面的Fenton催化提供了吸附-高级氧化之间协同作用的先决条件;
[0020] 第三,通过简单的步骤和温和的实验条件所得到的植物中空纤维负载四氧化三铁 类Fenton催化剂,对亚甲基蓝模拟染料废水的催化效果优异,实验数据证实该材料的重复 利用率尚,具有广阔的应用如景;
[0021] 第四,制备得到的植物中空纤维负载四氧化三铁类Fenton催化剂具有磁性,非常 便于分离,操作方便,不会对环境造成二次污染。
【附图说明】
[0022] 图1是实施例四制备得到的催化剂的扫描电镜图;
[0023] 图2是实施例四制备得到的催化剂的能谱测定图;
[0024] 图3是实施例四制备得到的催化剂的X射线衍射图;
[0025] 图4是实施例四制备得到的催化剂的红外光谱图;
[0026] 图5是实施例四制备得到的催化剂的磁滞曲线图;
[0027] 图6是实施例四制备得到的催化剂对亚甲基蓝模拟印染废水的Fenton催化降解 图,1,2, 3,4为60,90,120, 30min时实施例四制备得到的催化剂对亚基蓝溶液降解波峰;
[0028] 图7是实施例四制备得到的催化剂的重复利用图;
[0029] 下面结合说明书附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0030] 本发明中所涉及的技术方案和方法,不仅适用于所述悬铃木果毛中空纤维负载四 氧化三铁类Fenton催化剂的制备,也可作为基本制备路线,借鉴并应用于其他天然纤维材 料负载非均相Fenton催化剂或类Fenton催化剂的制备。在其它天然纤维材料负载非均 相Fenton催化剂或类Fenton催化剂的制备中:一方面,天然纤维材料种类可选为植物根 系、纤维束、花蕊、果毛、绒毛等;另一方面可以实现负载的催化剂可选择钼酸铁、硫酸铁等 常见的Fenton催化剂或类Fenton催化剂材料,以上可能的其他天然纤维材料负载非均相 Fenton催化剂或类Fenton催化剂的制备,只需在制备中
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1