一种植物中空纤维负载的类Fenton催化剂、制备方法及其应用_2

文档序号:9337761阅读:来源:国知局
依天然纤维材料的来源、基本特点 和性能差异,以及其他Fenton催化或类Fenton催化剂材料制备合成的具体制备条件,作以 调整即可获得基于本发明基本制备路线的多种天然纤维材料负载非均相Fenton催化剂或 类Fenton催化剂材料。
[0031] 本发明所述的非均相类Fenton催化剂包括钼酸铁、四氧化三铁和硫酸铁等;本发 明所述的非均相Fenton催化剂包括硫酸亚铁等。
[0032] 具体的本发明以悬铃木果毛纤维为例进行负载四氧化三铁类Fenton催化剂,该 方法所制得的植物中空纤维负载四氧化三铁类Fenton催化剂内部是具有空心管状结构的 悬铃木果毛纤维,而外部为负载的Fe3O4层。具体的,所述的植物中空纤维负载四氧化三铁 类Fenton催化剂为微米管状形貌,外径约为25-30ym,四氧化三铁负载层厚度约2-5ym, 内径约为20-28ym,内部具有很大的空腔面积,该材料表面粗糙,由粒径约为35-60nm的四 氧化三铁纳米颗粒组成。
[0033] 植物中空纤维负载Fenton催化剂在亚甲基蓝模拟印染废水的降解中表现出了优 异的催化降解性能。本发明所述的悬铃木果毛中空纤维负载类Fenton催化剂应用于在 Fenton催化反应中时,该材料外层四氧化三铁可以有效地发挥催化活性,内部的悬铃木果 毛中空纤维同时可以辅助发挥吸附传质的作用,有利于吸附-高级氧化之间协同作用的实 现。因此,悬铃木果毛中空纤维负载类Fenton催化剂独特的结构设计和制备方法,实现了 中空结构中内外层材料在功能层面上巧妙的耦合和性能叠加,可实现吸附-高级氧化的协 同作用,有效提高了悬铃木果毛植物中空纤维负载类Fenton催化剂在亚甲基蓝模拟印染 废水的Fenton高级氧化降解效率。
[0034] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0035] 本发明的悬铃木果毛中空纤维负载类Fenton催化剂的制备过程如下:
[0036] 1、悬铃木果毛纤维的洗涤:称取悬铃木果毛纤维与洗涤剂按每50~200g纤维 添加3~IOL乙醇的比例于容器中进行混合,室温下搅拌0. 5~Ih后,在真空栗中滤去液 体,重复此操作三次,实现洗涤剂对悬铃木果毛纤维的充分清洗,得到精制的悬铃木果毛纤 维;
[0037] 上述的洗涤剂是乙醇或去离子水;
[0038] 2、悬铃木果毛纤维负载四氧化三铁复合材料的生成:称取0. 5~2g三价铁盐于容 器中,加入5ml水合联氨,用磁力搅拌器在30~80°C搅拌0. 5~4h使其完全溶解并加入 0.Ig步骤1制备得到的精制悬铃木果毛纤维,用磁力搅拌器在30~80°C下搅拌2~5h后 加入悬铃木果毛纤维,充分搅拌后加入甲醛使其混合均匀,将上述溶液加入50ml高温反应 釜中,在110~150°C的烘箱中反应2~8h,上述体系中加入水合联氨使得三氯化铁和水合 联氨的使用比为每〇. 1~2g三氯化铁使用5mL水合联氨。反应釜反应温度为110~150°C, 磁力搅拌温度为30~80°C搅拌2~5h;
[0039] 所述的三价铁盐可以是三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁等;用磁力搅拌器在30~80°C 下搅拌2~5h是为了使加入的铁盐完全溶解,以防止对负载过程造成影响,用于负载体系 的悬铃木果毛纤维的质量为0. 5~2g;
[0040] 3、悬铃木果毛纤维负载四氧化三铁复合材料的获得及干燥:待步骤2中的反应釜 自然冷却至室温,取出高温反应釜,将内容物用磁铁分离或在离心机中离心3~Smin后去 除上清液,沉淀物分别用无水乙醇和蒸馏水清洗三遍,最后将得到的沉淀物置于真空干燥 箱中于40~80°C真空烘干,干燥时间为4~12h,即得干燥的悬铃木果毛纤维负载四氧化 三铁催化剂复合空心管状材料;
[0041 ] 上述离心机转速为2500~3500r/min下离心3~8min。
[0042] 利用扫描电镜(SEM),能谱测定(EDS),X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR)和磁 滞曲线对悬铃木果毛纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂进行了研究,结果证实在上述条 件下制成的材料为植物中空纤维负载四氧化三铁复合材料。
[0043] 实施例1 :
[0044] 称取悬铃木果毛纤维与洗涤剂按每100g悬铃木果毛纤维添加5L乙醇的比例于容 器中进行混合,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min后,在真空栗中滤去液体,重复此操作 三次,得到精制的悬铃木果毛纤维;
[0045] 称取〇? 5g三氯化铁固体于容器中,加入5ml水合联氨,用磁力搅拌器在50°C搅拌 3h使其完全溶解并加入0.Ig精制悬铃木果毛纤维,充分搅拌后加入2ml甲醛使其混合均 匀。将上述混合物加入50ml高温反应釜中,在130°C的烘箱中反应4h。待反应釜自然冷却 至室温,取出高温反应爸,将内容物在离心机中3000r/min离心5min后去除上清液,沉淀 物分别用无水乙醇和蒸馏水清洗三遍,最后将得到的沉淀物置于真空干燥箱中于60°C真空 烘干,干燥时间为4h,即得干燥的空心管状植物中空纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂材 料。
[0046] 实施例2 :
[0047] 称取悬铃木果毛纤维与洗涤剂按每100g悬铃木果毛纤维添加5L乙醇的比例于容 器中进行混合,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min后,在真空栗中滤去液体,重复此操作 三次,得到精制的悬铃木果毛纤维;
[0048] 称取Ig硫酸铁固体于容器中,加入5ml水合联氨,用磁力搅拌器在40°C搅拌3h使 其完全溶解并加入0.Ig精制悬铃木果毛纤维,充分搅拌后加入2ml甲醛使其混合均匀。将 上述溶液加入50ml高温反应釜中,在IKTC的烘箱中反应6h。待反应釜自然冷却至室温, 取出高温反应釜,将内容物在离心机中3000r/min离心5min后去除上清液,沉淀物分别用 无水乙醇和蒸馏水清洗三遍,最后将得到的沉淀物置于真空干燥箱中于50°C真空烘干,干 燥时间为6h,即得干燥的空心管状植物中空纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂材料。
[0049] 实施例3 :
[0050] 称取悬铃木果毛纤维与洗涤剂按每100g悬铃木果毛纤维添加5L乙醇的比例于容 器中进行混合,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min后,在真空栗中滤去液体,重复此操作 三次,得到精制的悬铃木果毛纤维;
[0051] 称取Ig三氯化铁固体于容器中,加入5ml水合联氨,用磁力搅拌器在50°C搅拌3h 使其完全溶解并加入〇.Ig精制悬铃木果毛纤维,充分搅拌后加入2ml甲醛使其混合均匀。 将上述溶液加入50ml高温反应釜中,在120°C的烘箱中反应5h。待反应釜自然冷却至室温, 取出高温反应釜,将内容物在离心机中3000r/min离心5min后去除上清液,沉淀物分别用 无水乙醇和蒸馏水清洗三遍,最后将得到的沉淀物置于真空干燥箱中于60°C真空烘干,干 燥时间为8h,即得干燥的空心管状植物中空纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂材料。
[0052] 实施例4 :
[0053] 称取悬铃木果毛纤维与洗涤剂按每100g悬铃木果毛纤维添加5L乙醇的比例于容 器中进行混合,室温下用磁力搅拌器充分搅拌30min后,在真空栗中滤去液体,重复此操作 三次,得到精制的悬铃木果毛纤维。
[0054] 称取I. 2g三氯化铁固体于容器中,加入5ml水合联氨,用磁力搅拌器在50°C搅拌 4h使其完全溶解并加入0.Ig精制悬铃木果毛纤维,充分搅拌后加入2ml甲醛使其混合均 匀。将上述溶液加入50ml高温反应釜中,在120°C的烘箱中反应5h。待反应釜自然冷却 至室温,取出高温反应爸,将内容物在离心机中3000r/min离心5min后去除上清液,沉淀 物分别用无水乙醇和蒸馏水清洗三遍,最后将得到的沉淀物置于真空干燥箱中于60°C真空 烘干,干燥时间为6h,即得干燥的空心管状植物中空纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂材 料。
[0055] 本实施例制备得到的植物中空纤维负载四氧化三铁Fenton催化剂材料,经申请 人的实验证明,能够用于亚甲基蓝模拟染料废水的Fenton催化降解,具体实验步骤如下:
[0056] 类Fenton催化性能评价:在20P-250型恒温振荡器(上海精宏实验设备有限公 司)中进行,准确量取称取20mg植物中空纤维负载四氧化三铁类Fenton催化剂样品,加入 到装有50ml的lOmg/ml亚甲基蓝溶液的250ml锥形瓶中,先在振荡器内避光并以lOOr/min 的速度往复震荡120min,达到吸附平衡后,用移液管向250ml锥形瓶中加入I. 8ml过氧化 氢溶液,在震荡箱内
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