申请日2012.10.07
公开(公告)日2013.01.09
IPC分类号B01J23/755; C02F1/78
摘要
一种以NiFe2O4磁性纳米材料为催化剂的臭氧化水处理方法，本发明通过水热的方法制备出NiFe2O4磁性纳米材料，并作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚类有机污染物的降解，在此基础上提出了一种新型的臭氧化水处理方法。该方法属于水处理和环境催化技术领域。所得NiFe2O4磁性纳米材料尺度小，在水溶液体系中分散性好，借助于外界磁场可以有效地将其分离、回收，在臭氧化水处理应用中具有广阔的前景。
权利要求书
1.一种以NiFe2O4磁性纳米材料作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于在臭氧 化水处理的体系中加入NiFe2O4磁性纳米材料作为催化剂，促进苯酚类有机污染物的降 解，基于NiFe2O4的磁性，可以有效回收NiFe2O4纳米材料，步骤为：
(1)NiFe2O4磁性纳米材料的制备：将Ni(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶解于水中， 其中Fe∶Ni=2∶1(摩尔比)。加入摩尔浓度为4.4mol/L氢氧化钠溶液，同时剧烈搅拌数 分钟后转移到反应釜中，在180℃下密封保持24h，反应完成后自然冷却至室温，去离 子水洗涤所得沉淀至中性，干燥产品，得到NiFe2O4纳米材料。
(2)臭氧化水处理：将得到的NiFe2O4纳米材料作为催化剂加入到臭氧化水处理 体系中，通入臭氧，搅拌，降解水中有机污染物。
(3)NiFe2O4纳米材料磁分离：反应结束，借助外界磁场能有效地将其分离，克 服了非磁性纳米催化剂难分离的缺点，便于重复利用。
2.根据权利要求1所述的以NiFe2O4磁性纳米材料作为催化剂的臭氧化水处理方法，其 特征在于催化剂与所处理废水的质量之比为0.00025-0.002时具有显著的催化降解效 果。
说明书
一种以NiFe2O4磁性纳米材料为催化剂的臭氧化水处理方法
技术领域
本发明提出一种以NiFe2O4磁性纳米材料作为催化剂的臭氧化水处理方法，属于环 境催化和水处理领域。
背景技术
当前，随着工农业的迅猛发展，含有机污染物的工业废水和农业废水排放量日益 增多。其中许多有机污染物毒性大、难被生物降解，对生态环境和人类健康造成了严 重的威胁，因此对于该类有机废水的有效处理引起人们广泛关注。臭氧分子具有较强 的氧化能力(En=2.07V)，且臭氧化过程在常温常压下进行，条件温和、操作简便， 对有机污染物去除彻底，因而在水处理中具有广阔的应用前景。但以芳香类和稠环类 化合物为代表的有机污染物具有很高的稳定性，单独臭氧化降解效率较低，催化臭氧 化则是利用催化剂在常温常压下强化臭氧氧化的一种高级氧化过程。研究表明催化反 应过程中产生的羟基自由基非常活泼，氧化电位高达2.33V，能降解大多数稳定性高、 毒性大和难降解的有机污染物。因此，催化臭氧化降解水中有机污染物的研究日益受 到重视。
催化臭氧化可分为均相催化和多相催化。多相催化臭氧化在常温常压下反应，操 作方便、氧化能力强，在有机废水处理中应用前景广阔。近年来，随着纳米材料与纳 米技术的研究不断深入，纳米材料制备技术日臻成熟，纳米材料在催化领域的研究引 起了人们的广泛关注。
磁性纳米催化剂，一方面尺度小、比表面大、分散性好，有利于提高催化臭氧化 效率。另一方面依据外在磁场，可以方便，快速地将其分离、回收、再利用，克服非 磁性纳米催化剂难回收的缺点。磁性纳米催化剂的使用，提高催化剂的使用效率、避 免催化剂对水质造成污染、降低污水处理成本。因此开发高效的磁性纳米催化剂，是 推进催化臭氧化工业化应用的一种有效方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性纳米催化剂的臭氧化水处理方法，降低水污染， 提高催化臭氧化的应用价值。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
(1)NiFe2O4磁性纳米材料的制备：将Ni(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶解于水 中，其中Fe∶Ni=2∶1(摩尔比)。加入摩尔浓度为4.4mol/L氢氧化钠溶液，同时剧烈搅 拌数分钟后转移到反应釜中，在180℃下密封保持24h，反应完成后自然冷却至室温， 去离子水洗涤所得沉淀至中性，干燥产品，得到NiFe2O4纳米材料。
(2)臭氧化水处理：将得到的NiFe2O4纳米材料作为催化剂加入到臭氧化水处理体 系中，通入臭氧，搅拌，降解水中有机污染物。
(3)不同催化剂量的臭氧化效果：通过比较催化剂的用量，发现催化剂与所处理废 水的质量之比为0.00025-0.002时具有显著的催化降解效果。催化剂量越多，有机物降 解效果越理想。
(4)NiFe2O4纳米材料磁性可分离性：将质量浓度1.0 g/L的NiFe2O4水溶液分散在 试剂瓶中，将磁铁置于试剂瓶壁，很短一段时间后，NiFe2O4纳米材料很好地吸在试剂 瓶壁上，得到一澄清溶液。
本发明的有益效果：通过水热的方法，合成出NiFe2O4磁性纳米材料，将其作为 臭氧化催化剂，较单独臭氧化，催化臭氧化使污水中有机污染物的降解速率有所加快， 矿化程度有所提高。此外NiFe2O4纳米材料具有磁性，反应结束，借助外界磁场能有 效地将其分离，克服了非磁性纳米催化剂难分离的缺点，便于重复利用。与现有臭氧 化水处理催化剂相比较，本发明具有显著的特点：
(1)NiFe2O4的制备方法操作简单，原料易得，合成过程周期短，无毒无污染。
(2)纳米NiFe2O4颗粒在水中具有良好的分散性，有利于提高与臭氧、水中污染 物的接触。因此在使用过程中，较小的投入量即可取得较好的催化效果。
(3)NiFe2O4纳米材料对水中苯酚的吸附性能非常微弱，其催化作用主要来自催 化剂表面与臭氧作用，促进臭氧的分解产生羟基自由基，进而提高降解效率。
(4)NiFe2O4纳米材料具有磁性，借助外界磁场能有效地将其分离，便于重复利 用。