申請(qǐng)日2017.09.22
公開(公告)日2018.01.30
IPC分類號(hào)B01J27/20; C02F1/30; C02F1/72; C02F101/30
摘要
本發(fā)明提供了一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe‑LDH催化劑的制備方法，具體包括：(1)C球模板的制備;(2)NiFe‑LDH的制備;(3)C@NiFe‑LDH的制備;本發(fā)明首先通過水熱法合成C球模板和NiFe‑LDH，然后通過超聲條件將NiFe‑LDH、Ni2+和Fe3+吸附在碳球模板的表面，進(jìn)一步通過微波水熱法一方面直接將已存在的NiFe‑LDH鑲嵌于C球結(jié)構(gòu)中，另一方面通過Ni2+和Fe3+鹽溶液的反應(yīng)將NiFe‑LDH包覆于C球表面，從而形成了球狀和層狀復(fù)合的材料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)十分有利于催化材料性能的改進(jìn)，其比表面積達(dá)到500‑800g/m2，在類芬頓反應(yīng)體系在可見光照射下有著極高的催化降解效率，工業(yè)化前景顯著。
權(quán)利要求書
1.一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)C球模板的制備：首先，稱取25-50g的葡萄糖，加250-500mL的水溶解，磁力攪拌30-60min，配制成一定濃度的葡萄糖溶液;然后將上述溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并將其置于120-200℃溫度下反應(yīng)6-12h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得所述C球模板;
(2)NiFe-LDH的制備：首先，稱取2-4mmol NiC4H6O4·4H2O，0.5-2mmol Fe(NO3)·9H2O和8-16mmol尿素，并將上述原料溶解于30-100mL水中，磁力攪拌30-60min;然后，將上述所得溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于水熱儀中，于溫度120-200℃下反應(yīng)12-36h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得到NiFe-LDH;
(3)C@NiFe-LDH的制備：首先，稱取2-4mmol NiC4H6O4·4H2O，0.5-2mmol Fe(NO3)·9H2O和8-16mmol尿素，并將上述原料溶解于30-100mL水中，磁力攪拌30-60min，再稱取0.5-3g步驟(1)中的C球模板、1-3g步驟(2)中的NiFe-LDH加入到溶液中，超聲30-60min;然后，將上述所得溶液轉(zhuǎn)移至微波水熱反應(yīng)釜中，將其置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為300-500W，溫度120-200℃下反應(yīng)12-36h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得到C@NiFe-LDH。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述催化劑的形貌呈現(xiàn)球狀和層狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)，比表面積為500-800g/m2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中微波水熱反應(yīng)的功率為400W，溫度為180℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述烘干的溫度為100℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述催化劑應(yīng)用于可見光下利用非均相類芬頓反應(yīng)來催化降解染料羅丹明B。
說明書
一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)
在當(dāng)今世界，無機(jī)納米材料的發(fā)展對(duì)當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)起到非常重要的作用，因此人們對(duì)無機(jī)納米材料及其的制備方法這方面的進(jìn)展相當(dāng)?shù)闹匾�，與此同時(shí)無機(jī)納米材料的研究發(fā)展和制作方法也慢慢的成了針對(duì)無機(jī)納米科技的研發(fā)過程中最有前途、最有可能應(yīng)用于實(shí)際的對(duì)象之一，也引來了更多研究人員的目光。由于人們對(duì)納米材料這方面研究的進(jìn)展較好，人們也開始對(duì)無機(jī)層狀材料的發(fā)展關(guān)注起來。目前無機(jī)材料研發(fā)領(lǐng)域的熱門之一是材料形貌為層狀的水滑石及類水滑石，即一種具有層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合的雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides亦簡(jiǎn)稱LDHs)。來自瑞典的Circa于1842年在礦物中發(fā)現(xiàn)了天然的水滑石，隨后開始展開了對(duì)此類材料的研究和發(fā)展。1999年，歐洲還專門舉辦了研討會(huì)，就是為了讓研究人員對(duì)水滑石方面類似的材料的發(fā)展程度和水平有更好的了解，匯聚相關(guān)的信息來調(diào)整接下來的的研究方案。由此可知，學(xué)者的關(guān)注焦點(diǎn)也開始被吸引到LDHs上面了。LDHs的多種功能事實(shí)上是得益于它的獨(dú)特構(gòu)造，也因?yàn)樗倪@些獨(dú)特的功能使LDHs成為近些年新型材料的熱門研發(fā)對(duì)象，其實(shí)相較于國(guó)內(nèi)，國(guó)外對(duì)此方面研究的時(shí)間更長(zhǎng)，實(shí)際應(yīng)用的范圍更廣，已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)際工業(yè)化投產(chǎn)的應(yīng)用階段了，例如歐洲和日本。
水滑石及類水滑石(Layered double hydroxides，LDHs)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的離子型材料，由類似于水鎂石這樣帶有正電層板、層板間有負(fù)電抵償作用的非金屬離子與其內(nèi)部的溶劑分子組成。金屬陽離子處于正八面體晶格的中間，陽離子的頂點(diǎn)是連接著氫氧根負(fù)離子而形成可無窮擴(kuò)展的二維結(jié)構(gòu)。最普遍常見的水滑石的構(gòu)成基本上是包括擁有二價(jià)和三價(jià)正價(jià)態(tài)的金屬型離子，水滑石的表達(dá)式為：M1-x2+Mx3+(OH)2]x+[(An-)x/n·mH2O]x-，其中Mx2+通常是Mg2+，Zn2+或者Ni2+離子，Mx3+通常是A13+，Ga3+，F(xiàn)e3+或者M(jìn)n3+離子。An-并不介入層板構(gòu)造的形成，它相當(dāng)于用來均衡電荷的非金屬離子插進(jìn)到層板之間，通常是一些無機(jī)或有機(jī)陰離子，如CO32-.C1-和PO43-等。水滑石也可能由Mx+和Mx4+諸如此類的金屬離子組成，但是只有一些特殊的金屬離子適合，如Li+和Ti4+。因此LDHs材料最基本的結(jié)構(gòu)特征就是“層狀”。起初，當(dāng)水滑石第一次在瑞典被科研人員發(fā)現(xiàn)后，科研人員一貫覺得它是由兩種氫氧化物層層排列而構(gòu)成的，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，后來當(dāng)Allmann和Taylor通過進(jìn)行單晶X射線衍射實(shí)驗(yàn)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才發(fā)現(xiàn)了事實(shí)上兩種金屬離子是在同一層上的。隨著研究人員的不懈努力，研究人員對(duì)LDHs此類的材料有了更深的認(rèn)識(shí)，研究人員在此類材料的層狀構(gòu)造中察覺到層板間有不少帶有負(fù)電荷的陰離子，由于所有的非金屬陰離子在層板間起到了柱撐及相互之間可以交換的作用使得LDHs材料具有了好多特別的性能，也吸引了更多相關(guān)的研究人員對(duì)此類材料的廣泛的關(guān)注。此類材料屬于一類具有高度有序等多種優(yōu)異功能的新型材料，構(gòu)建此類材料的推動(dòng)力基本上為共價(jià)鍵、離子鍵、氫鍵、靜電力等及推動(dòng)力彼此之間的作用。根據(jù)LDHs納米材料特別的構(gòu)造及優(yōu)異的陰離子互換等能力，其在離子之間互換、改善污水的催化劑、吸附劑、作為阻燃的原料等方面得到了普遍的應(yīng)用。由于對(duì)LDHS材料的深入研究，LDHS緊隨著又在農(nóng)藥、醫(yī)藥、合成材料等相關(guān)領(lǐng)域中起到了相當(dāng)重要的作用。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法，該催化劑制備工藝簡(jiǎn)單、所制備催化劑催化性能優(yōu)異，對(duì)工業(yè)廢水的處理效果顯著，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的制備方法，包括如下步驟：
(1)C球模板的制備：首先，稱取25-50g的葡萄糖，加250-500mL的水溶解，磁力攪拌30-60min，配制成一定濃度的葡萄糖溶液;然后將上述溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并將其置于120-200℃溫度下反應(yīng)6-12h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得所述C球模板;
(2)NiFe-LDH的制備：首先，稱取2-4mmol NiC4H6O4·4H2O，0.5-2mmol Fe(NO3)·9H2O和8-16mmol尿素，并將上述原料溶解于30-100mL水中，磁力攪拌30-60min;然后，將上述所得溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，將其置于水熱儀中，于溫度120-200℃下反應(yīng)12-36h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得到NiFe-LDH;
(3)C@NiFe-LDH的制備：首先，稱取2-4mmol NiC4H6O4·4H2O，0.5-2mmol Fe(NO3)·9H2O和8-16mmol尿素，并將上述原料溶解于30-100mL水中，磁力攪拌30-60min，再稱取0.5-3g步驟(1)中的C球模板、1-3g步驟(2)中的NiFe-LDH加入到溶液中，超聲30-60min;然后，將上述所得溶液轉(zhuǎn)移至微波水熱反應(yīng)釜中，將其置于微波水熱儀中，在微波反應(yīng)功率為300-500W，溫度120-200℃下反應(yīng)12-36h，之后自然冷卻至室溫、用蒸餾水和無水乙醇各清洗三次，最后于烘箱中烘干即得到C@NiFe-LDH。
其中，所述催化劑的形貌呈現(xiàn)球狀和層狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)，比表面積為500-800g/m2。
所述步驟(3)中微波水熱反應(yīng)的功率為400W，溫度為180℃。
所述烘干的溫度為100℃。
另外，本發(fā)明要求保護(hù)由所述制備方法制備得到的用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑。
本發(fā)明還要求保護(hù)所述用于工業(yè)廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的應(yīng)用，具體的：所述催化劑應(yīng)用于可見光下利用非均相類芬頓反應(yīng)來催化降解染料羅丹明B。
本發(fā)明的技術(shù)效果為：本發(fā)明首先通過水熱法合成C球模板和NiFe-LDH，然后通過超聲條件將NiFe-LDH、Ni2+和Fe3+吸附在碳球模板的表面，進(jìn)一步通過微波水熱法一方面直接將已存在的NiFe-LDH鑲嵌于C球結(jié)構(gòu)中，另一方面通過Ni2+和Fe3+鹽溶液的反應(yīng)將NiFe-LDH包覆于C球表面，從而形成了球狀和層狀復(fù)合的材料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)十分有利于催化材料性能的改進(jìn)，其比表面積達(dá)到500-800g/m2，在類芬頓反應(yīng)體系在可見光照射下有著極高的催化降解效率，工業(yè)化前景顯著。
