申请日2017.04.25
公开(公告)日2017.07.25
IPC分类号C02F1/30; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，该方法是在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。本发明具有选择性好、对废水的酸度要求低、去除效果好等优点。
摘要附图
权利要求书
1.CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
2.根据权利要求1所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，得到预处理废水;使预处理废水中的CuFeO2材料和过硫酸盐的浓度分别为0.1-1.0 g/L 和0.1-1 mmol/L;
2)调节预处理废水的pH值在3~11之间，并保持30-60 min，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
3.根据权利要求2所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的有机废水中的有机物的浓度为1-20 mg/L。
4.根据权利要求2所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
5.根据权利要求1或2所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的可见光的波长≥420 nm。
6.根据权利要求1或2所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的CuFeO2材料采用以下方法制备：
(1)将铜铁前驱体溶液滴加到NaOH溶液中，搅拌并超声处理10min;得到混合预反应液;
(2)向混合预反应液中加入丙醛，在120~200℃下，反应12~36h，得到反应产物;
(3)将反应产物冷却至室温，再用无水乙醇和去离子水洗涤4至中性，即得CuFeO2材料。
7.根据权利要求6所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的铜铁前驱体溶液为铜盐与亚铁盐或铁盐的混合水溶液，其中含有0.0002~0.002mol/mL的Cu2+以及0.0002~0.002mol/mL的Fe2+或Fe3+。
8.根据权利要求7所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的铜盐为CuSO4、CuNO3或Cu(CH3COO)2;所述的亚铁盐为Fe SO4或FeCl2;所述的铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3。
9.根据权利要求6所述的CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法，其特征在于，所述的NaOH溶液的浓度为0.004~0.04mol/mL。
说明书
CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法。
背景技术
高级氧化技术由于在处理有机污染物方面具有良好的效率而倍受研究。传统的高级氧化技术利用H2O2、O3等产生强氧化性的·OH来降解有机污染物，但·OH仅在酸性条件下降解效果良好，同时，对污染物的选择性较低，半衰期较短，因此，在实际应用中受到了一定的局限。近年来，基于活化过硫酸盐的高级氧化技术得到了广泛的关注。与传统的高级氧化技术产生和·OH相比，活化过硫酸盐产生的·具有更高的氧化还原电位，同时，在酸性条件下选择性较高。同时，·的半衰期较长，能增加与污染物的接触时间，从而达到提高降解污染物的效率，减少污染物的中间产物等。活化过硫酸盐的方法有紫外光活化、热活化、过渡金属活化、催化剂活化等方法。相比其他的活化方法，催化剂活化具有诸多的优点。如：不需额外的能量、无二次污染、成本低等。
目前，利用光催化剂活化过硫酸盐的种类较多，但都存在一些问题。如对太阳光的利用率较低(如TiO2)、回收难度大(如C3N4)、催化剂中存在有毒元素(如CoO等)。因此，开发出一种无毒无害、易于回收、对光的利用率较大的光催化剂用于活化过硫酸盐对过硫酸自由基用于处理有机污染废水具有重大的意义。
发明内容
为解决传统的高级氧化法处理废水的选择性差、对废水的酸度要求高、去除效果差以及目前光催化剂活化过硫酸盐存在的有毒有害、回收难度大对光的利用率低等问题，本发明提供一种CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
CuFeO2材料在可见光催化下耦合过硫酸盐降解有机废水的方法：在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
具体包括以下步骤：
1)在可见光照射下，向有机废水中投加CuFeO2材料和过硫酸盐，得到预处理废水;使预处理废水中的CuFeO2材料和过硫酸盐的浓度分别为0.1-1.0g/L和0.1-1mmol/L。
2)调节预处理废水的pH值在3～11之间，并保持30-60min，以使CuFeO2材料在可见光催化下通过与过硫酸盐发生耦合以降解有机物。
其中：所述的有机废水中的有机物的浓度为1-20mg/L。
所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
所述的可见光的波长≥420nm。
所述的CuFeO2材料采用以下方法制备：
(1)将铜铁前驱体溶液滴加到NaOH溶液中，搅拌并超声处理10min;得到混合预反应液。
(2)向混合预反应液中加入丙醛，在120～200℃下，反应12～36h，得到反应产物。
(3)将反应产物冷却至室温，再用无水乙醇和去离子水洗涤4至中性，即得CuFeO2材料。
其中：所述的铜铁前驱体溶液为铜盐与亚铁盐或铁盐的混合水溶液，其中含有0.0002～0.002mol/mL的Cu2+以及0.0002～0.002mol/mL的Fe2+或Fe3+。所述的铜盐为CuSO4、CuNO3或Cu(CH3COO)2;所述的亚铁盐为Fe SO4或FeCl2;所述的铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3。
所述的NaOH溶液的浓度为0.004～0.04mol/mL。
三元铜铁矿结构的CuFeO2是一种典型的p型半导体，其禁带宽度约为1.32eV，可吸收全部的可见光，具有良好的可见光响应性能，同时，CuFeO2具有良好的热稳定性和化学稳定性以及发光性能。因此，CuFeO2不仅可在较高温度的环境中能保持良好的活性，而且是一种良好的光助催化剂。因此，本发明利用CuFeO2作为光助催化剂，在可见光条件下活化过硫酸盐，将光催化产生的羟基自由基和活化过硫酸盐的硫酸盐自由基进行原位耦合，加强对有机污染物的去除，并为光助活化过硫酸盐的应用提供参考。本发明利用了CuFeO2良好的晶体结构、双元素的协同特点等特点，在光助条件下活化过硫酸盐，将光催化产生的羟基自由基和活化过硫酸盐的硫酸盐自由基进行原位耦合，加强对有机污染物的去除。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所用的CuFeO2制备简单、成本低、重复性强、组成元素无毒无害、容易实现。同时，CuFeO2对太阳光的利用率较大。
2、本发明提供的一种新的用于有机废水处理的方法，在可见光照射下，通过向有机废水中加入过硫酸盐和CuFeO2催化剂;一方面，CuFeO2在可见光下，产生光生电子和空穴，过硫酸盐接受电子转化为硫酸根自由基;另一方面，过硫酸盐接受电子可避免CuFeO2中光生电子和空穴的复合，提高光催化的效率。能提高自由基的产率，提高对污染物的去除。
3、本发明所用的CuFeO2催化剂用量少，具有一定的磁性，易于分离和重复利用，且环境友好，无二次污染。
4、本发明不需要消耗额外的能量，比如超声、电等，降低了成本;工艺简单，可操作性强，具有十分广阔的实际应用前景。