一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法、催化剂及其应用

本发明属于高级氧化非均相催化剂，具体涉及一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法、催化剂及其应用。

背景技术：

1、与传统芬顿氧化技术相比，过硫酸盐催化氧化技术是降解污废水中持久性有机污染物的有效方法。与羟基自由基高相比，硫酸根自由基(so4·-)具有更宽的ph适用范围(2.0～12.0)和更长的半衰期(30～40μs)。已有文献报道过一硫酸盐(pms)和过二硫酸盐(pds)的非均相活化方法，在这些方法中，铁钴磁性纳米材料对pms的活化能力最好(黄剑,王良.铁活化过硫酸盐降解水中污染物的研究进展[j].化工科技,2022(002):030.)。作为一种典型的三维层状催化剂，铁钴磁性纳米层状催化剂具有以下优异的优点:(i)磁性co-fe双金属复合材料具有优异的催化活性和易于分离的特性；(ii)co-fe之间的强作用可以极大地限制金属离子的浸出。因此，寻找足够的铁、钴资源并开发一种简便的合成方法大规模制备铁钴磁性纳米层状催化剂是非常必要的。

2、由于原钢铁加工行业的除锈净化通常采用无机酸(如hcl、h2so4)作为酸洗液，酸洗废液中和过程中会产生大量的酸洗废铁泥，约占钢铁产量的1％。然而，目前酸洗废铁泥的主要处理方法是固废填埋和制砖，铁泥中所含的铁等金属元素没有得到充分利用。这种情况导致了金属资源的巨大浪费和潜在的环境污染。因此，研究酸洗废铁泥中有价金属元素的回收利用方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，本发明所需原材料包括酸洗废铁泥等工业废物，价格低廉，合成工艺简单，制备的铁钴磁性纳米层状催化剂可应用于pms高级氧化体系，具有催化效果好、回收利用方便、使用寿命长等优点，克服了均相催化反应中ph限制及铁泥产生等问题。所得催化剂可以应用于去除水体中的有机污染物，特别是难以降解的有机污染物柠檬黄。

2、本发明通过采用简单的一步溶剂热法制备了铁钴磁性纳米层状催化剂。将预处理后的酸洗废铁泥粉末加入到含有乙酸钠和乙酸钴的乙二醇溶液中，待充分搅拌均匀后，转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，在马弗炉中溶剂热，反应结束后，冷却到室温，收集聚四氟乙烯底部的铁钴磁性纳米层状催化剂。

3、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

4、一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，包括以下制备步骤：

5、(1)将废铁泥压滤处理后置于恒温烘箱中烘干，再将烘干后的废铁泥进行研磨、筛分后，得到预处理铁泥，在室温下储存在干燥器中供进一步使用；

6、(2)配置含有乙酸钠和乙酸钴的乙二醇混合溶液，为工作液；

7、(3)将预处理铁泥加入到工作液中，超声搅拌混合均匀，得到含有铁泥-乙酸钠-乙酸钴的乙二醇混合溶液；

8、(4)将混合溶液转移到反应釜中，进行溶剂热合成反应；

9、(5)反应结束后冷却至室温，抽滤得到铁钴磁性纳米层状催化剂，用乙醇和超纯水超声清洗，

10、最后置于真空干燥箱干燥即可。

11、进一步的，废铁泥恒温烘干温度为105℃；步骤(1)烘干后的废铁泥进行研磨后，过200-300目筛。

12、进一步的，步骤(2)乙酸钠和乙酸钴的乙二醇混合溶液中，乙酸钠的浓度为50g·l-1，乙酸钴的浓度为10-40g·l-1。

13、更进一步的，步骤(2)乙酸钠和乙酸钴的乙二醇混合溶液中，乙酸钴浓度为30g·l-1。

14、进一步的，步骤(3)预处理铁泥和工作液的固液比为1g：20ml。

15、进一步的，步骤(4)溶剂热合成反应为将40ml混合溶液转移到100ml不锈钢内衬聚四氟乙烯反应釜中，在200℃条件下溶剂热合成600min，加热速率设定为5℃·min-1。

16、进一步的，步骤(5)真空干燥温度为80℃，干燥时间为300min。

17、本发明技术方案采用污泥为钢材生产过程中的酸洗废铁泥。实施例对比例具体来源为山东万方金属板材加工厂(山东日照)的酸洗废铁泥。

18、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的铁钴磁性纳米层状催化剂。

19、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的铁钴磁性纳米层状催化剂在去除水体中有机污染物的应用，具体为应用于过氧单硫酸盐体系，即pms高级氧化体系，特别是难降解的染料柠檬黄。

20、本发明以钢铁酸洗污泥为铁源，采用简单的一步溶剂热法制备了铁钴磁性纳米层状催化剂。随后，将制备的层状催化剂作为pms活化剂用于柠檬黄溶液的脱色。柠檬黄是一种广泛应用于印刷、染料、食品和化妆品等行业的染料。本发明为从钢酸洗污泥中制备高性价比的催化剂提供了可行的策略。

21、有益效果

22、1.本发明利用钢铁加工行业产生的酸洗废铁泥为铁源，实现了酸洗废铁泥的回收利用，对酸洗废铁泥中金属元素的回收利用具有重要意义；

23、2.本发明仅通过一步溶解热法既实现了铁钴磁性纳米层状催化剂的制备，制备方法简单，易操作；

24、3.制备的钴铁铁钴磁性纳米层状催化剂带有磁性，可在磁场作用下快速分离，便于回收；

25、4.本发明所得催化剂，钴铁实现协同催化，co3+可与fe2+发生氧化还原反应生成低价态的co2+，低价态的过渡金属离子比高价态的过渡金属离子催化能力更强。

技术特征：

1.一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，废铁泥恒温烘干温度为105℃；步骤(1)烘干后的废铁泥进行研磨后，过200-300目筛。

3.根据权利要求1所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，步骤(2)乙酸钠和乙酸钴的乙二醇混合溶液中，乙酸钠的浓度为50g·l-1，乙酸钴的浓度为10-40g·l-1。

4.根据权利要求3所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，步骤(2)乙酸钠和乙酸钴的乙二醇混合溶液中，乙酸钴浓度为30g·l-1。

5.根据权利要求1所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，步骤(3)预处理铁泥和工作液的固液比为1g：20ml。

6.根据权利要求1所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，步骤(4)溶剂热合成反应为将40ml混合溶液转移到100ml不锈钢内衬聚四氟乙烯反应釜中，在200℃条件下溶剂热合成600min，加热速率设定为5℃·min-1。

7.根据权利要求1所述利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法，其特征在于，步骤(5)真空干燥温度为80℃，干燥时间为300min。

8.权利要求1-7任意一项所述方法制备得到的铁钴磁性纳米层状催化剂。

9.权利要求8所述铁钴磁性纳米层状催化剂在去除水体中有机污染物的应用。

10.根据权利要求9所述应用，用于去除有机污染物柠檬黄。

技术总结
本发明公开一种利用酸洗废铁泥制备铁钴磁性纳米层状催化剂的方法、催化剂及其应用，属于高级氧化非均相催化剂技术领域。本发明以钢铁酸洗污泥为铁源，采用简单的一步溶剂热法制备了铁钴磁性纳米层状催化剂，本发明所得催化剂，钴铁实现协同催化，Co<supgt;3+</supgt;可与Fe<supgt;2+</supgt;发生氧化还原反应生成低价态的Co<supgt;2+</supgt;，低价态的过渡金属离子比高价态的过渡金属离子催化能力更强。随后，将制备的层状催化剂作为PMS活化剂用于柠檬黄溶液的脱色，可有效实现柠檬黄的脱色。本发明为从钢酸洗污泥中制备高性价比的催化剂提供了可行的策略。

技术研发人员：朱凯,黄力华,孙晴,刘重
受保护的技术使用者：临沂大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15