[发明专利]一种用于降解染料废水的纳米磁性核壳催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于降解有机染料废水的催化剂的制备方法，特别是一种具有铁磁性的核壳结构铁锰复合氧化物纳米催化剂的制备方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

近年来，我国有限的水资源受到严重污染，生态环境中水平衡受到严重的破坏。特别是进入21世纪以来，我国每年有620-700亿吨的污水排放，若不经处理或虽经处理但未达标排放，将会严重污染环境。据统计，在排放的废水中，有机印染废水占到35％左右，因其具有有机物浓度高，颜色深，难以生物降解等特点，对有机印染废水的处理更存在技术困难。

多相催化氧化技术是一种可产生自由基为主体的高级氧化技术(AOPs)，该法采用固体纳米催化剂，催化氧化剂H₂O₂或O₃产生强氧化性的羟基自由基，可以将有毒或难降解的有机污染物矿化成为对环境无污染的CO₂和H₂O，是一种环境友好的绿色催化新工艺。近年来国内外学者一致认为H₂O₂氧化是处理染料废水较为经济有效的方法。这种催化净化有机染料废水的方法是当今科学界研究最多也是最有实际应用前景的方法。冯涛(冯涛，刘洪波，陈姗姗.高级氧化技术在有机废水处理中的研究与应用[J].环境保护科学，第33卷，第3期，2007.6)，刘琰(刘琰，孙德智.高级氧化技术处理染料废水的研究进展[J].工业水处理，第26卷第6期，2006.6)，Santiago E，(Santiago E，Jaime G，Sandra C，Esther P，Miguel R.[J].WaterRes，2002，36：1034-1042.)，汪芳(汪芳.纳米结构铁、锰氧化物制备及其在处理废水中的应用[D].合肥工业大学，2007.)等人利用高级氧化技术在催化降解印染废水方面取得了一定成果。但该方法目前存在着某些不足，比如，一般说来，纳米催化剂的催化效率不够高，H₂O₂不能催化分解完全；此外，纳米催化剂难以回收，排放到生态环境中形成二次污染，催化剂的损失和浪费问题较为严重等等。因此，寻找一种易于回收使用的高效纳米催化剂，进而用于污水的处理，对于保护环境有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于降解染料废水的纳米磁性核壳催化剂的制备方法，该催化剂稳定性好，具有磁性，不仅能够有效去除废水中的有机污染物，同时解决了催化剂的回收和分离循环再利用问题。

本发明的构思是这样的。为实现上述目的，本发明首先合成具有强铁磁性的Fe₃O₄，以此作为催化材料的内核。在内核的外围包裹一层铁锰复合氧化物作为外壳。采用浸渍沉淀技术在60℃水浴条件下制备出一种内核具有强磁性，外壳具有高效催化活性的纳米催化剂。作为内核的Fe₃O₄为形貌比较均匀的球形纳米粒子，包裹上复合物之后形貌仍为球形结构。外层复合物对有机染料具有较高的催化活性，对有机染料的去除率较高。内核具有强磁性，可以实现材料的回收与分离。同其它材料相比，该催化剂显示了更好的催化活性和优势，在酸性、中性条件下均具有良好的催化活性。很有希望应用于实际染料废水处理领域。

具体的说，本发明所说的用于降解染料废水的纳米磁性核壳催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)采用二价铁和三价铁共沉淀法制备出形貌规则，尺度均匀的强磁性Fe₃O₄纳米粒子；

(2)将Fe₃O₄纳米粒子悬浮液放入浓度为0.05～0.5mol/L的FeSO₄溶液，控制Fe₃O₄和FeSO₄的物质的量比例为(1∶3)～(1∶8)之间，然后加碱至反应体系pH为6～8；

(3)在步骤(2)所得溶液中以较慢的滴加速度加入物质的量浓度为0.01～0.5mol/L的KMnO₄溶液，控制FeSO₄和KMnO₄的物质的量比例为(1∶0.3)～(1∶3)，在滴加过程中维持体系pH恒定，滴加完毕后控制温度在50～80℃反应3～6h；

(4)反应结束后过滤分离，用去离子水洗涤3～5次，将得到的产物在70～110℃烘干10～16h，得到纳米磁性核壳催化剂。

本发明的制备方法，材料中铁锰元素的摩尔比为(15∶1)～(3∶1)。