一种以蛋白土为载体的非均相Fenton催化剂的制备方法与流程

本发明属于催化剂新材料技术和水处理技术领域，具体涉及一种以蛋白土为载体的非均相Fenton催化剂的制备方法。

背景技术：

近年来，环境污染问题已成为全社会关注的焦点，而水污染更是对人类的健康及生存环境造成极大的危害。传统的废水处理方法如物理吸附、生物降解、电化学法等在处理有机印染废水的过程中均存在明显缺陷。Fenton技术作为一种高级氧化技术近年来被广泛应用于各类废水的处理过程中，并取得显著的效果。但传统的Fenton技术存在易产生铁泥、催化剂无法回收、反应溶液呈酸性等问题。所以，近年来非均相Fenton技术受到越来越多的关注。非均相Fenron技术是通过离子交换、配位或其它方式将Fe³⁺固定到目标材料的结构上，制备出非均相Fenton催化剂。非均相Fenton催化剂能够克服均相Fenton催化剂无法回收、容易造成二次污染等问题。目前已有大量的新型非均相Fenton催化剂被制备出来，如S-Fe2O3(Appl.Catal.B:Environ.,2010,96,162-16)、Fe-TiO2(Appl.Catal.B:Environ.,2011,107,363-371)等。然而，这些催化剂在实际废水处理过程中存在成本较高，且大多数掺杂了金属元素，容易造成二次污染。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术的不足而提供一种以蛋白土为载体的非均相Fenton催化剂的制备方法。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的以蛋白土为载体的非均相Fenton催化剂的制备方法包括以下步骤：

a、将蛋白土原土在400-600℃的条件下进行焙烧，并采用HCl进行酸浸提纯处理；在85~100℃水浴条件下反应1.5~2.5小时，加入6~8倍水稀释后过滤、干燥得到提纯蛋白土；其中，蛋白土原土与HCl的质量比为3:1，HCl浓度为10%-15% 。

b、将提纯蛋白土与Fe（NO₃）₃﹒9H₂O溶液混合，水浴条件下搅拌，逐滴加入NaOH溶液，陈化后得到沉淀物；其中，所述提纯蛋白土、Fe(NO₃)₃﹒9H₂O溶液、NaOH溶液的比例为1.0-3.0g：100-150mL：100-150mL，所述Fe（NO₃）₃﹒9H₂O溶液和NaOH溶液的浓度分别为0.02mol/L和0.06mol/L，水浴温度60℃，陈化时间24h。

c、将步骤b所得产物加入蒸馏水反复离心水洗至中性，再将所得离心物进行干燥处理后置于马弗炉中，在450-500℃的条件下焙烧2-3h，得到蛋白土-Fe₂O₃非均相Fenton催化剂。

本发明步骤c中所述干燥处理是采用鼓风干燥箱进行干燥，温度为110℃，时间为4-6h。

本发明制备的以蛋白土为载体的非均相Fenton催化剂能够高效降解罗丹明B染料废水。试验过程如下：在室温、可见光照射条件下，将100ml浓度为40mg/L的罗丹明B溶液倒入光反应装置中，加入0.015g蛋白土-Fe₂O₃复合材料，利用H₂SO₄和NaOH调节溶液pH；无光条件下磁力搅拌15min，使催化剂在溶液中分散均匀，然后加入9.0mmol/L的H₂O₂，同时开启光源；以此作为反应的起始点，依次在10、20、40、60、80、100、120min时取样，在4000r/min条件下离心8min，取上清液并利用多功能水质测试仪在554nm处测量各样品的吸光度，然后将其转化为浓度并计算脱色率。

本发明的的有益效果如下：

（1）本发明以吸附性能良好、廉价易得的蛋白土为载体，制备出非均相Fenton催化剂，不仅克服了传统Fenton催化剂无法回收等缺陷，而且具有反应过程温和制备成本低等优势。

（2）本发明能够高效降解罗丹明B染料废水，在仅消耗H₂O₂9.0mmol/L的条件下，反应2h即可有效脱出罗丹明B的色度及COD含量，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1中为蛋白土原土的EDS能谱图。

图2中为蛋白土-Fe2O3催化剂的EDS能谱图。

图3为本发明中各条件组合对罗丹明B的降解效果图。

图4为本发明对罗丹明B的脱色率与COD去除率的效果图。

图5为本发明在降解罗丹明B过程中的循环性能图。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1

（1）称取一定量的蛋白土原土，500℃焙烧2小时，按质量比3:1加入浓度为10%的盐酸，搅拌均匀；在100℃水浴条件下反应2小时，加入7倍水稀释，1小时后过滤、干燥得到提纯蛋白土。

（2）称取3.0g提纯蛋白土置于烧杯中，加入150mL浓度为0.02mol/L的Fe（NO₃）₃﹒9H₂O溶液，60℃恒温水浴下持续搅拌15min；再将150mL浓度为0.06mol/L的NaOH溶液逐滴加入到反应溶液中，继续在60℃水浴下搅拌3小时；静置陈化24小时。

（3）加入蒸馏水在4000r/min的条件下离心5min，反复操作至滤液pH呈中性；过滤后采用鼓风干燥箱进行干燥，温度为110℃，时间为4-6h；烘干后将样品置于马弗炉中，450℃焙烧2h得到蛋白土-Fe₂O₃复合材料。

图1、图2分别为蛋白土原土与蛋白土-Fe₂O₃催化剂的EDS能谱图，从图中可以明显看出Fe元素已成功负载于蛋白土上。

本实施例制备的蛋白土-Fe₂O₃催化剂在降解罗丹明B的试验中，投加量为0.15g/L，罗丹明B初始浓度为40mg/L，H₂O₂投加量为9.0mmol/L，120min后罗丹明B的脱色率达到96.49%。本发明在降解罗丹明B 的过程中具有各药剂用量少，反应过程温和以及催化剂可以重复使用等优点（参见图5）。

图3为本发明中各条件组合对罗丹明B的降解效果图。由图可知，反应体系中任意条件组合均没有蛋白土-Fe₂O₃/H₂O₂/自然光的条件组合对罗丹明B的降解效果好，本发明在最佳实验条件下反应2h罗丹明B的脱色率能达到96.49%，COD去除率达到50.51%（参见图4）。这也说明，蛋白土-Fe₂O₃对罗丹明B具有很好地降解效果，在实际印染废水的处理领域有着较高的应用潜力。

实施例2

（1）称取一定量的蛋白土原土，450℃焙烧2小时，按质量比3:1加入浓度为10%的盐酸，搅拌均匀；90℃水浴条件下反应2小时，加入7倍水稀释，1小时后过滤、干燥得到提纯蛋白土。

（2）称取2.0g提纯蛋白土置于烧杯中，加入120mL浓度为0.02mol/L的Fe（NO₃）₃﹒9H₂O溶液，60℃恒温水浴下持续搅拌15min；再将120mL浓度为0.06mol/L的NaOH溶液逐滴加入到反应溶液中，继续在60℃水浴下搅拌3小时，静置陈化24小时。

（3）加入蒸馏水在3000r/min的条件下离心5min，反复操作至滤液pH呈中性；过滤、烘干后将样品置于马弗炉中，450℃焙烧2.5h，得到Fe₂O₃-蛋白土复合材料。

本实施例制备的蛋白土-Fe₂O₃催化剂在降解罗丹明B的试验中，投加量为0.15g/L，罗丹明B初始浓度为40mg/L，H₂O₂投加量为9.0mmol/L，120min后罗丹明B的脱色率达到93%以上。本发明在降解罗丹明B 的过程中具有各药剂用量少，反应过程温和以及催化剂可以重复使用等优点。

实施例3

（1）称取一定量的蛋白土原土，400℃焙烧2小时，按质量比3:1加入浓度为10%的盐酸，搅拌均匀；90℃水浴条件下反应1.5小时，加入7倍水稀释，1小时后过滤、干燥得到提纯蛋白土。

（2）称取2.0g提纯蛋白土置于烧杯中，加入100mL浓度为0.02mol/L的Fe（NO₃）₃﹒9H₂O溶液，60℃恒温水浴下持续搅拌15min；再将100mL浓度为0.06mol/L的NaOH溶液逐滴加入到反应溶液中，继续在60℃水浴下搅拌2.5小时，静置陈化24小时。

（3）加入蒸馏水在3000r/min的条件下离心5min，反复操作至滤液pH呈中性；过滤、烘干后将样品置于马弗炉中，450℃焙烧2h得到Fe₂O₃-蛋白土复合材料。

本实施例制备的蛋白土-Fe₂O₃催化剂在降解罗丹明B的试验中，投加量为0.15g/L，罗丹明B初始浓度为40mg/L，H₂O₂投加量为9.0mmol/L，120min后罗丹明B的脱色率达到90%以上。本发明在降解罗丹明B 的过程中具有各药剂用量少，反应过程温和以及催化剂可以重复使用等优点。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。