申请日2018.02.27
公开(公告)日2018.07.20
IPC分类号B01J23/881; B01J35/10; B01J37/03; B01J37/08; C02F1/30; C02F101/36; C02F101/38
摘要
本发明涉及废水处理领域，公开了一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂及制备方法。包括如下制备过程：(1)将各原料按照以下质量份制得混合反应液：柠檬酸铁铵24~28份、钼酸钠30~34份、去离子水30~41份、蛋白质5~8份;(2)将混合反应液中调节pH值至4~8后水浴加热，制得湿凝胶;(3)加热烘干得到干凝胶;(4)将干凝胶加热至600~800℃处理2~3h，研磨制得用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂。本发明制得的钼酸铁光催化剂与普通钼酸盐光催化剂相比，比表面积大，分散性好，太阳光利用率高，量子效率高，光催化活性极强，性能稳定，可快速有效降解印染废水中污染物。
权利要求书
1.一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：
(1)先将柠檬酸铁铵加入去离子水中配成水溶液，然后加入蛋白质，置于搅拌器中搅拌溶解，并在搅拌状态下加入钼酸钠，混合均匀，制得混合反应液;
(2)先向步骤(1)制得的混合反应液中滴加酸碱调节剂，调节pH值至4~8，然后置于水浴中加热至80~90℃，反应7~10h，制得湿凝胶;
(3)将步骤(2)制得的湿凝胶进行加热烘干，得到干凝胶;
(4)将步骤(3)得到的干凝胶转移到坩埚中，加热至600~800℃处理2~3h，然后进行研磨，制得用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂。
2.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述蛋白质为纤维蛋白、球蛋白、胶原蛋白、伴娘蛋白中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混合反应液中，按重量份计，其中：柠檬酸铁铵24~28份、钼酸钠30~34份、去离子水30~41份、蛋白质5~8份。
4.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述搅拌器为涡轮式搅拌器、旋浆式搅拌器、螺带式搅拌器、折叶式搅拌器中的一种，搅拌速度为800~1100r/min，搅拌时间为60~80min。
5.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述酸碱调节剂为碳酸钠、碳酸钾、柠檬酸、乙酸、乳酸中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述烘干的加热温度为130~150℃，时间为2~3h。
7.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述坩埚为天然石墨坩埚、耐火黏土坩埚、硬质高岭土坩埚、碳化硅坩埚、氧化铝金刚砂坩埚、硅铁坩埚中的一种。
8.根据权利要求1所述一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述研磨采用三辊研磨机，研磨后的钼酸铁催化剂的粒径为50~100μm。
9.权利要求1~8任一项所述方法制备得到的一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂。
说明书
一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂及制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，公开了一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂及制备方法。
背景技术
印染行业是工业废水排放大户，印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。近年来由于化学纤维织物的发展，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使浆料、人造丝碱解物、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，传统的化学沉淀和气浮法对这类印染废水脱色效果率也非常有限。因此开发经济有效实用的印染废水处理技术已成为当今环保行业关注的重点。
在废水处理技术中，光催化氧化法是建立在能带理论的基础上,以n型半导体作敏化剂的一种光敏氧化法。光催化技术以其易操作、无污染、可直接利用太阳光等优点成为当前太阳能利用的研究热点之一。基于半导体材料的光催化技术在净化水污染、有机合成和光解水制氢等环境与资源的利用方面具有重要的应用，是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。
影响光催化技术的关键是催化剂的选择，常用的半导体催化剂有二氧化钛、硫化镉、氧化锌、三氧化二铁等，近年来，钼酸盐作为多金属氧酸盐的一个分支，由于具有高比表面和表面能、多活性点、高选择性而受到人们的广泛关注，在光致发光和催化方面受到广泛关注，特别是金属钼酸盐作为烃类选择氧化反应的催化剂已取得一定进展。
中国发明专利申请号201110347429.4公开了一种具有片层结构的钼酸铁纳米锥材料的制备方法，其以钼酸铵和硫酸亚铁为反应原料，以乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂，蒸馏水为溶剂，采用微波辐射法来制备由纳米片结构组装成的钼酸铁纳米锥材料。这种钼酸铁纳米锥材料是厚度为20~40纳米的纳米片层结构组装而成、其长度为5-15微米。该工艺操作简便、实验条件可控性强、适合连续操作环境下的批量可控生产;明显优点和有益效果体现在此配位剂辅助微波辐射技术实现了对初期城和速率的有效控制，从而降低了晶体生长的速率，最终得到了形貌规整的钼酸铁一维纳米材料，材料可应用于光学、电学、催化及传感等重要领域。
中国发明专利申请号201710315937.1公开了一种高活性、晶面暴露的单斜晶型钼酸铁纳米片的制备方法，该钼酸铁纳米片的高活性晶面为暴露的(100)面，其使得该钼酸铁纳米片比一般纳米钼酸铁具有更高的催化活性。制备时，首先将硝酸铁水溶液和钼酸钠水溶液混合后调节pH至0.6~1.0，再加入晶面控制剂硝酸钠或氟化钠，加热混合溶液进行水热反应，分离即得。分析测试结果表明，该钼酸铁纳米片催化甲醇转化为甲醛的选择率大于96%，转化率大于92%。
根据上述，现有方案中的钼酸盐类光催化剂比表面积小，分散性差，性能稳定性差，催化活性低，对污水中污染物的催化降解效果差，本发明提出了一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂及制备方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
目前应用较广的钼酸盐类光催化剂，特别是钼酸铁催化剂存在比表面积小，分散性差，性能稳定性差，催化活性低，对污水中污染物的催化降解效果差等问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂的制备方法，制备的具体过程为：
(1)先将柠檬酸铁铵加入去离子水中配成水溶液，然后加入蛋白质，置于搅拌器中搅拌溶解，并在搅拌状态下加入钼酸钠，混合均匀，制得混合反应液;
(2)先向步骤(1)制得的混合反应液中滴加酸碱调节剂，调节pH值至4~8，然后置于水浴中加热至80~90℃，反应7~10h，制得湿凝胶;
(3)将步骤(2)制得的湿凝胶进行加热烘干，得到干凝胶;
(4)将步骤(3)得到的干凝胶转移到坩埚中，加热至600~800℃处理2~3h，然后进行研磨，制得用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂。
优选的，步骤(1)所述蛋白质为纤维蛋白、球蛋白、胶原蛋白、伴娘蛋白中的至少一种。
优选的，步骤(1)所述混合反应液中，按重量份计，其中：柠檬酸铁铵24~28份、钼酸钠30~34份、去离子水30~41份、蛋白质5~8份。
优选的，步骤(1)所述搅拌器为涡轮式搅拌器、旋浆式搅拌器、螺带式搅拌器、折叶式搅拌器中的一种，搅拌速度为800~1100r/min，搅拌时间为60~80min。
优选的，步骤(2)所述酸碱调节剂为碳酸钠、碳酸钾、柠檬酸、乙酸、乳酸中的至少一种。
优选的，步骤(3)所述烘干的加热温度为130~150℃，时间为2~3h。
优选的，步骤(4)所述坩埚为天然石墨坩埚、耐火黏土坩埚、硬质高岭土坩埚、碳化硅坩埚、氧化铝金刚砂坩埚、硅铁坩埚中的一种。
优选的，步骤(4)所述研磨采用三辊研磨机，研磨后的钼酸铁催化剂的粒径为50~100μm。
由上述方法制备得到的一种用于染料废水处理的片状钼酸铁光催化剂，利用蛋白质具有快速吸附到界面的能力，所以当其达到界面后可迅速伸展和取向，使得制备的片状钼酸铁光催化剂光催化剂具有比表面积大、分散性好，性能稳定的优点，光催化活性极高，可快速有效降解染料废水中的污染物。