二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备和应用方法与流程

本发明属污水处理领域，涉及有机污染物的处理领域，具体涉及一种二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备和应用方法。

背景技术：

目前，水体污染在加剧了水资源短缺的同时，水环境污染给人们的日常生活和身体健康造成严重威胁。水体污染物来源较广，其中造纸、纺织等行业排放的亚甲基蓝(mb)、孔雀石绿(mg)等有机污染物在水中存在范围广、处理难度大。

目前污水处理方法主要有膜分离法、氧化还原法、吸附法、光催化法等，其中吸附法和光催化降解法具有经济、高效、环保等特点，为污水的治理提供了很好的途径。活性炭因具有良好的稳定性和巨大的比表面积，是当前应用范围最广的吸附剂，是废水处理的有效方法和手段，但活性炭在作为污水处理剂时，存在以下问题：一是较难回收；二是回收的活性炭表面吸附着有机污染物，重新活化再利用需要进行洗脱等后处理，后处理比较繁琐且不经济，这极大的限制了活性炭的应用范围。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决单一活性炭吸附使用时存在的回收难、再活化繁琐且不经济等问题，提供一种二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备和应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按照fecl2·4h2o和fecl3·6h2o的质量比为1.47：1进行称量混合，加入去离子水使其全部溶解，按活性炭、二氧化钛粉末和fecl3·6h2o的质量比为1：1.5：0.5-1.0，加入活性炭和二氧化钛粉末，超声处理15-30分钟得混合液；

2）用质量浓度为15%-30%的氨水将步骤1）得到的混合液ph值调为≥11，然后将混合液转入到水热反应釜中，100-150℃反应12-24小时，反应结束后冷却至室温，依次用无水乙醇、去离子水洗涤后即可得到一种二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂。

一种二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂与有机污染物的质量比为20-50：1，向含有机污染物（亚甲基蓝、甲基橙等常见的有机污染物）的水溶液中加入制得的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂，振荡15-30分钟，使有机污染物与二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂达到吸附和脱附平衡后，用波长365nm的紫外光光照10-25分钟，对水中的有机染料进行光降解，用磁铁对混合溶液中的废水处理剂进行磁性分离，回收再利用。

在结合具有高吸附性能的活性炭（载体）、光学活性的二氧化钛和磁性能的四氧化三铁纳米粒子各自优势的基础上，采用水热法和共沉淀法相结合制备得到高活性的新型纳米废水处理剂（二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂），最终实现新型纳米废水处理剂的可控化制备；该处理剂对水中有机污染物具有高吸附性能和高效光催化性能，且通过外加磁场的作用即可实现对该新型纳米废水处理剂的回收，具有良好的再生性能，非常适用于污水中有机污染物的治理，对环境保护和可持续发展有重要意义和应用价值。

本发明的有益效果：1.本发明制得的废水处理剂对水中污染物具有高吸附性能、高效光催化性能、磁分离性能、可循环再利用性能；2.工艺简单易行，以活性炭、二氧化钛粉末和铁离子为原料，采用水热法和共沉淀法相结合，通过一锅法进行合成；3.使用方便、高效，对废水中常见的亚甲基蓝、甲基橙等有机污染物具有很好的处理效果，保护环境。

附图说明

图1是二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的tem图；

图2是二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂在水中的分散液照片；

图3是实施例1中亚甲基蓝溶液在二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂光催化降解前后的对比图；

图4是实施例1中二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂对亚甲基蓝催化降解的循环再利用图。

具体实施方式

实施例1

1、二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备

将0.0569gfecl3·6h2o和0.0837gfecl2·4h2o加入到30ml去离子水中，溶解并混合均匀后加入0.1g活性炭、0.15g二氧化钛粉末，超声处理20分钟后，用质量浓度为15%的氨水将上述混合液的ph值调节为11，然后将混合液转入到水热反应釜中，120℃反应18小时，反应结束后冷却至室温，依次用无水乙醇、去离子水洗涤后得到二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂；

2、光催化降解亚甲基蓝（mb）

取20ml亚甲基蓝（mb）水溶液（浓度为15mg/l）于样品管中，加入15mg步骤1得到的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂，将其放到振荡器上振荡20分钟，使二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂和mb分子达到吸附和脱附平衡后，用紫外灯（波长：365nm）对其进行光照18分钟，对水中的亚甲基蓝（mb）进行光降解（降解率98.2%）得混合液；

3、二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的循环利用

用磁铁对步骤2得到的混合液中的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂进行磁性分离，将该再生的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂，直接用于（等量替换）步骤2中的亚甲基蓝（mb）水溶液的光降解实验，以考察该二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的循环再利用情况；实验结果表明，该二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂经过再生循环利用6次后，仍然表现出优良的光降解性能和可再生性能，对亚甲基蓝（mb）的光降解率仍然维持在90%以上（图4）。

实施例2

1、二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备

将0.06828gfecl3·6h2o和0.1004gfecl2·4h2o加入到35ml去离子水中，溶解并混合均匀后加入0.1g活性炭、0.15g二氧化钛粉末，超声处理25分钟后，用质量浓度为20%的氨水将上述混合液的ph值调节为11.5，然后将混合液转入到水热反应釜中，130℃反应20小时，反应结束后冷却至室温，依次用无水乙醇、去离子水洗涤后得到二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂；

2、光催化降解mb

取18ml亚甲基蓝（mb）水溶液（浓度为15mg/l）于样品管中，加入12mg步骤1得到的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂，将其放到振荡器上振荡30分钟，使二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂和mb分子达到吸附和脱附平衡后，用紫外灯（波长：365nm）进行光照20分钟，对水中的亚甲基蓝（mb）进行光降解，降解率为98.3%。

实施例3

1、二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的制备

将0.07397gfecl3·6h2o和0.1088gfecl2·4h2o加入到50ml去离子水中，溶解并混合均匀后加入0.1g活性炭、0.15g二氧化钛粉末，超声处理30分钟后，用质量浓度为30%的氨水将上述混合液的ph值调节为12，然后将混合液转入到水热反应釜中，150℃反应22小时，反应结束后冷却至室温，依次用无水乙醇、去离子水洗涤后得到二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂；

2、光催化降解mb

取15ml亚甲基蓝（mb）水溶液（浓度为15mg/l）于样品管中，加入10mg步骤1得到的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂，将其放到振荡器上振荡30分钟，使二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂和mb分子达到吸附和脱附平衡后，用紫外灯（波长：365nm）进行光照25分钟，对水中的亚甲基蓝（mb）进行光降解，降解率为98.5%。

从图1中可以看出活性炭呈层状结构，fe3o4纳米粒子的平均直径为10～20nm，二氧化钛管直径约为20nm左右且管两端为开口状态；活性炭、二氧化钛纳米管及四氧化三铁纳米粒子随机分布，形成二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米复合材料即为二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂；

从图2中可以看出所制备得到的新型废水处理剂（二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂）呈高度分散状态；

从图3中可以看出亚甲基蓝的水溶液呈蓝色（左图），经过二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂的光催化作用，有机污染物得到有效降解，呈无色状态（右图，其中最右边的磁铁通过磁场作用将水中的二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂吸附到容器一侧，对其进行磁性分离）；

从图4中可以看出该废水处理剂（二氧化钛/四氧化三铁/活性炭纳米废水处理剂）经过循环利用6次后，对亚甲基蓝的降解率仍然达到90%以上，表现出优良的光催化性能和可再生性能。