申请日2015.12.18
公开(公告)日2016.06.01
IPC分类号B01J23/888; C02F1/72; C02F101/38
摘要
本发明涉及一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物K2Ni(WO4)2及其制备方法和应用，属于无机功能材料制备技术领域。本发明将钾化合物、镍盐、钨酸盐和柠檬酸，依次加入水中，搅拌溶解，然后加入乙二醇，升温到100℃～130℃，继续搅拌形成凝胶;然后将凝胶在400℃～900℃条件下煅烧4～15小时，优选在550℃～700℃条件下煅烧7小时，制得所述的三元催化剂组合物K2Ni(WO4)2。本发明的三元催化剂组合物在常温常压、无需光照射条件下即能高效催化双氧水氧化分解废水中的亚甲基蓝染料，亚甲基蓝的降解率达到95%以上，具有制备简单快速，降解有机污染物速度快且效果显著，处理成本低，不产生二次污染等优点。另外，本发明的催化剂还可多次循环使用。
权利要求书
1.一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物，是一种复合氧化物，其特征在于：所述复合氧化物的通式为K2Ni(WO4)2。
2.一种根据权利要求1所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)将钾化合物、镍盐、钨酸盐和柠檬酸依次加入水中，搅拌溶解，所述钾化合物中的钾、镍盐中的镍、钨酸盐中的钨和柠檬酸的摩尔比为2：1：2：5～10;
(2)加入乙二醇，乙二醇加入量为柠檬酸摩尔数的3倍，搅拌10min后，加热到100℃～130℃，继续搅拌形成凝胶;
(3)将凝胶在500℃～900℃下煅烧4～15小时，得到三元复合氧化物K2Ni(WO4)2。
3.根据权利要求2所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的煅烧温度为550℃～700℃，煅烧时间为7小时。
4.根据权利要求2或3所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述钾化合物中的钾、镍盐中的镍、钨酸盐中的钨和柠檬酸的摩尔比为2：1：2：6。
5.根据权利要求2或3所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的钾化合物选自如下的一种或多种：氢氧化钾、氯化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、硫酸氢钾、硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、甲酸钾、醋酸钾、柠檬酸钾。
6.根据权利要求2或3所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种或几种。
7.根据权利要求2或3所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的钨酸盐为钨酸铵和/或钨酸钾。
8.一种将权利要求1所述的三元催化剂组合物用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的方法，其特征在于：所述方法包括将所述催化剂组合物悬浊于含亚甲基蓝染料废水中，再加入氧化剂双氧水进行处理。
9.根据权利要求8所述的三元催化剂组合物用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的方法，其特征在于：按0.5～4.0g/L废水的比例加入所述三元催化剂组合物K2Ni(WO4)2，按2.0～23.0g/L废水的比例加入双氧水，在搅拌条件下处理5～30分钟。
说明书
一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于无机功能材料制备技术领域，涉及一种能催化含亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物，尤其涉及一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物K2Ni(WO4)2及其制备方法和应用。
背景技术
目前有机染料废水已经成为主要的水体污染源之一，该废水具有水量大、浓度高、成分复杂、色度深和难降解等特点，大多数染料还具有毒性、致癌、致畸和致突变的作用。亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成阳离子染料，工业应用非常广泛，例如，可应用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，应用于生物、细菌组织的染色以及应用于制造墨水和色淀等。亚甲基蓝在工业上的广泛应用也将导致含亚甲基蓝染料废水对水体的严重污染。目前有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、光催化法、吸附法、膜分离法及高级氧化技术等，生物法受pH值、温度、盐份和染料种类等因素的影响，使得生物法处理的效果不够理想;混凝法的运行费用较高，泥渣量大而且脱水困难，适用的pH值范围窄;光催化法需要光源照射体系，在实际应用中受天气影响大;吸附法易受水中的悬浮物和油脂等影响，而且吸附剂用量大和费用高;膜分离法分为电渗析法、反渗透法、纳滤法和超滤法等，其中电渗析法、反渗透法、纳滤法的优点是染料去除率高，能回收废水中的染料，工艺简单，但是所用膜的成本较高，操作压力较大，造成膜法的能耗偏高，影响了其工业化应用;传统的超滤法由于膜孔径较大，难以去除低分子量的有机污染物。
在氧化技术法中，通常是采用由亚铁离子和双氧水组成的芬顿试剂降解有机染料，原理是亚铁离子催化双氧水分解有机物，但该方法采用的亚铁离子原料难以回收而且存在二次污染等缺点。申请号为201110058905.0的专利申请公开了一种可降解MB工业废水的Cu2S催化剂的制备方法和应用，该专利将二价铜与有机物4-氯-3-氨基苯磺酸反应制备铜有机配合物，然后以乙二醇和乙二胺为溶剂，加入铜有机配合物和可溶性硫化物，在水热反应釜反应6～48小时制得Cu2S催化剂，但是Cu2S催化双氧水降解亚甲基蓝染料的时间是100分钟，该方法存在催化剂Cu2S制备方法复杂，降解亚甲基蓝时间长等缺陷。申请号为200510122782.7的专利公开了一种亚甲基蓝染料废水处理方法及催化剂制备方法，该方法以溶剂热法制备锰的纳米结构氧化物，并催化双氧水分解亚甲基蓝染料，同样存在催化剂制备复杂，降解亚甲基蓝染料时间长等不足。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种简单有效的一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明通过大量试验研究后获得了如下技术方案：
本发明的一种能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物，是一种三元复合氧化物，所述复合氧化物的通式为K2Ni(WO4)2，所述复合氧化物可作为催化剂催化双氧水氧化降解废水中的亚甲基蓝染料。
上述所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将钾化合物、镍盐、钨酸盐和柠檬酸依次加入水中，搅拌溶解，所述钾化合物中的钾、镍盐中的镍、钨酸盐中的钨和柠檬酸的摩尔比为2：1：2：5～10;
(2)加入乙二醇，乙二醇加入量为柠檬酸摩尔数的3倍，搅拌10min后，加热到100℃～130℃，继续搅拌形成凝胶;
(3)将凝胶在400℃～900℃下煅烧4～15小时，得到三元复合氧化物K2Ni(WO4)2。
进一步地，上述技术方案中所述的用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其中步骤(3)中所述的煅烧温度为550℃～700℃，煅烧时间为7小时。
进一步地，上述技术方案中所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，步骤(1)中所述钾化合物中的钾、镍盐中的镍、钨酸盐中的钨和柠檬酸的摩尔比为2：1：2：6。
进一步地，上述技术方案中所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其中步骤(1)中所述的钾化合物选自如下的一种或多种：氢氧化钾、氯化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、硫酸氢钾、硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、甲酸钾、醋酸钾、柠檬酸钾。
进一步地，上述技术方案中所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，步骤(1)中所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种或几种。
进一步地，上述技术方案中所述的能催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的制备方法，其中步骤(1)中所述的钨酸盐为钨酸铵和/或钨酸钾。
上述所述的三元催化剂组合物用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的方法，包括将所述催化剂组合物悬浊于含亚甲基蓝染料废水中，再加入氧化剂双氧水进行处理。
上述所述的催化剂组合物用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的方法，优选按0.5～4.0g/L废水的比例加入所述催化剂组合物K2Ni(WO4)2，按2.0～23.0g/L废水的比例加入双氧水，然后在搅拌条件下处理5～30分钟。
本发明的三元催化剂组合物应用于含亚甲基蓝染料废水的处理方法是：以三元复合氧化物K2Ni(WO4)2为催化剂，降解反应条件为：亚甲基蓝浓度在1mg/L～90mg/L范围，处理每升亚甲基蓝染料废水的催化剂用量为0.5～4g，双氧水加入量为2.0～23.0g/L，溶液体系处于常温常压，当亚甲基蓝溶液体积为40mL，浓度为10mg/L时，在搅拌下加入催化剂0.10g，双氧水0.3g，催化降解10分钟，亚甲基蓝的降解率达到95%以上，残余溶液颜色为无色，将残余溶液替换为新的亚甲基蓝溶液后再进行催化剂再循环使用，结果表明，催化剂在第二次循环、第三次循环使用中的亚甲基蓝染料的降解率都达到90.0%以上。
本发明在常温常压下，无需光照射下能有效处理亚甲基蓝染料废水，本发明的催化剂具有催化降解效率高，制备工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费用低等特点，有很高的实际应用价值。
与现有技术相比，本发明涉及的一种用于催化降解含亚甲基蓝染料废水的三元催化剂组合物的K2Ni(WO4)2及其制备方法和应用，具有如下突出的实质性特点和显著的进步：
(1)本发明的催化剂K2Ni(WO4)2制备方法简单;
(2)本发明的催化剂K2Ni(WO4)2活性高，能在较短的时间内快速而且高效地降解废水中的亚甲基蓝污染物;
(3)本发明的废水处理方法在常温常压下即可进行，工艺流程简单和成本低;
(4)本发明的废水处理方法不需要采用任何光源照射降解体系;
(5)本发明的催化剂K2Ni(WO4)2可重复使用多次。