申请日2016.03.19
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F1/72
摘要
本发明涉及水环境修复领域的一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物的制备方法。采用共沉淀法，保持pH值在一定范围内，将二价铁、三价铁、掺杂金属离子按照一定比例混合所得。本发明的层状金属化合物有效增强原有材料结构的稳定性，同时也极大促进了体系中自由基的产生，能快速有效的实现对废水中有机污染物的去除，缩短反应时间，提高污染物去除效率。
权利要求书
1.一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a，取二价铁盐、三价铁盘、掺杂金属盐作原料;三者的摩尔比为：掺杂金属离子:二价铁:三价铁=(0.05~0.5):1:0.5;
b，将二价铁盐、三价铁盐、掺杂金属盐以及适量氢氧化钠分别溶于无二氧化碳去离子水中;将含三价铁盐溶液和氢氧化钠溶液分别置于两个恒压分液漏斗中;将含二价铁盐溶液和掺杂金属盐溶液置于四口烧瓶中;所述的氢氧化钠溶液的浓度为1mo1/L;
c，在氮气保护下，将恒压分液漏斗中的液体分别滴加到四口烧瓶中，四口烧瓶溶液中的pH值维持在6.0~7.0之间，持续搅拌，直到硫酸铁溶液全部滴加完毕，控制四口烧瓶中溶液pH在6.5~7.5，停止滴加氢氧化钠溶液，反应1h;
d，将产物低温高速离心，用无二氧化碳去离子水洗涤，冷冻干燥后研磨、过筛，最终制得用于废水处理的层状金属化合物。
2.如权利要求1所述的一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物的制备方法，其特征在于所述的二价、三价铁盐为硫酸盐;所述的掺杂金属盐为氯化镍、氯化铬、氯化铜或氯化钴。
说明书
一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物的制备方法
技术领域
本发明属于环保领域中地下水污染修复范畴，具体地涉及一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物。
背景技术
传统的水处理方法对于水中难降解有机物并没有行之有效的去除方法。随着水环境资源污染的加剧，水环境中难降解的亟需处理的污染物种类越来越多，这就需要寻找一种能够快速高效去除水中污染物，尤其是有机污染物的方法，同时又不对水环境造成二次污染。
绿锈是一种特殊的层状双金属化合物，层板上分布着二价铁和三价铁。有报道指出，纯绿锈在非均相类芬顿(Fenton-like)氧化反应中有很好的应用效果，对甲基橙、罗丹明B、酚类化合物等有机污染物都有很好的去除效果。非均相类芬顿氧化反应是指Fe3+、含铁矿物以及其他一些过渡金属如Co、Cd、Cu、Ag、Mn、Ni等加速或者替代Fe2+而对双氧水起催化作用的一类反应，与传统芬顿氧化技术相比，对废水具有更好的处理效果。究其原因，主要是因为纯绿锈中含有二价铁离子，在反应体系中，二价铁会与双氧水反应生成·OH，·OH有强氧化性，能够有效对水中污染物进行去除;此外纯绿锈中的三价铁也会与双氧水反应生成二价铁，从而更高效的利用体系中存在的二价铁，产生更多的·OH，能够更加有效地去除水体中的污染物。但纯绿锈本身又是不稳定的，极容易被氧化，这样就不能保证纯绿锈中的二价铁能够充分地在类芬顿反应中参与反应，产生·OH，对有机污染物进行彻底去除。
研究表明，掺杂金属离子可以提高绿锈的稳定性。有报道指出，在绿锈中掺杂锑、铜等金属，可以提高其稳定性，对绿锈中的二价铁也有保护作用。同时，在液相类芬顿体系中，掺杂的金属离子，可以提高类芬顿体系中产生的自由基数量和种类，对有机污染物的去除有很好的提升效果。因此将金属离子掺杂到绿锈中，也即制备层状金属化合物，是水环境修复中研究的又一新方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于废水中有机污染物处理的层状金属化合物的制备方法及其应用，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a，取二价铁盐、三价铁盘、掺杂金属盐作原料;三者的摩尔比为：掺杂金属离子:二价铁:三价铁=(0.05~0.5):1:0.5;
b，将二价铁盐、三价铁盐、掺杂金属盐以及适量氢氧化钠分别溶于无二氧化碳去离子水中;将含三价铁盐溶液和氢氧化钠溶液分别置于两个恒压分液漏斗中;将含二价铁盐溶液和掺杂
金属盐溶液置于四口烧瓶中;所述的氢氧化钠溶液的浓度为1mo1/L;
c，在氮气保护下，将恒压分液漏斗中的液体分别滴加到四口烧瓶中，四口烧瓶溶液中的pH值维持在6.0~7.0之间，持续搅拌，直到硫酸铁溶液全部滴加完毕，控制四口烧瓶中溶液pH在6.5~7.5，停止滴加氢氧化钠溶液，反应1h;
d，将产物低温高速离心，用无二氧化碳去离子水洗涤，冷冻干燥后研磨、过筛，最终制得用于废水处理的层状金属化合物。
上述的二价、三价铁盐为硫酸盐，上述的掺杂金属盐为氯化镍、氯化铬、氯化铜或氯化钴。
本发明的优点：
(1)所制得的固体材料不仅提高了在非均相类芬顿氧化反应体系中二价铁的利用率，更是由于掺杂金属离子的存在，增强了材料稳定性，促进了体系中羟基自由基和硫酸根自由基的产生，从而达到快速高效处理废水中有机污染物的目的。
(2)该固体材料制备工艺简单，处理过程中没有二次污染产生。经实验室实际应用发现，其对污染物的降解效果要明显高于纯绿锈。
本发明的机理：
(1)利用形成的层状Fe2+/Fe3+或者Fe2+/Mn+/Fe3+(M为掺杂金属)化合物材料的结构特性，即层板带正电荷，使得在非均相类芬顿氧化反应体系中，二价铁在三价铁离子和掺杂金属离子(如Ni)的催化作用下，能够与双氧水反应产生更多的羟基自由基，从而对废水中的有机污染物进行快速去除。
(2)利用形成的层状Fe2+/Fe3+或者Fe2+/Mn+/Fe3+(M为额外掺杂金属)化合物材料的结构特性，即层间有硫酸根阴离子插层，使得在含有大量羟基自由基的非均相类芬顿氧化反应体系中，硫酸根阴离子在掺杂金属离子(如Ni)的催化作用下，产生微量的硫酸根自由基，从而能够更彻底的去除废水中的有机污染物，达到高效去除污染物的目的。