[发明专利]聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂的制备与应用技术领域，具体涉及一种聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法及其在水处理中的应用。

背景技术

催化臭氧氧化技术是一种新型的，在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化的有机物氧化去除的方法。该技术主要分为两大类：利用溶液中金属离子为催化剂的均相催化臭氧氧化和以固态金属、金属氧化物、活性炭或负载在载体上的金属或金属氧化物为催化剂的非均相催化臭氧氧化。由于均相催化臭氧氧化存在催化剂流失的问题，并且引入了金属离子，存在后续金属离子的去除问题，所以在水处理中的应用受到了一定的限制。而非均相催化氧化技术由于其相对于其他方法更易应用于实际生产，因此引起了许多研究者的广泛兴趣，成为催化氧化技术的研究热点。

羟基氧化铁具有表面积大，催化臭氧氧化去除水体中有机物的效果好，催化性能稳定等优点，近年来受到国内外研究者的广泛关注。但由于羟基氧化铁为粉末状，使用后难以回收利用，因此该催化剂一般仅作实验室研究，难以在实际工程中推广利用。为了使该催化剂适用于生产，必须增加该催化剂的沉降性能。

硅酸钠又叫水玻璃，在一定条件下水解后会聚合形成活化硅酸，最近有研究将其引入到催化臭氧氧化催化剂的制备中。但该种聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法和其在非均相催化臭氧氧化水处理中的应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法，用该方法制得的催化剂在水处理中沉降性能良好，同时能提高有机污染物的去除率。

本发明的技术方案是：一种聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将浓度为0.01mol/L硝酸溶液逐滴滴加到可溶性铁盐溶液中，调节铁盐溶液的pH为2~3；

（2）以100 ~300r/min的搅拌速度不断搅拌步骤（1）得到的铁盐溶液，并缓慢滴加浓度为0.6~1mol/L的碱金属硅酸盐水溶液直至混合液的pH为7；

（3）将浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液逐滴滴加到步骤（2）所得的混合液中，调节混合液的pH>12；

（4）将步骤（3）中所得的混合液静沉10~30min，然后置于60℃~80℃的环境中活化12~24h；

（5）将活化后的混合液过滤得到沉淀物，用超纯水反复洗涤沉淀物至上清液的电导率和pH值不发生变化，移除上清液，保留沉淀物；

（6）将步骤（5）所得的沉淀物置于60℃~80℃的烘箱中干燥12~24h，即得到聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂。

所述步骤（1）中的可溶性铁盐溶液的浓度为0.2~0.6mol/L。

所述步骤（1）中的可溶性铁盐溶液是硝酸铁溶液、硫酸铁溶液或氯化铁溶液。

所述步骤（2）中的碱金属硅酸盐溶液是硅酸钠溶液、硅酸钾溶液或偏硅酸钠溶液。

利用上述聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂的制备方法制得的聚铁硅盐掺杂羟基氧化铁催化剂在水处理中的应用。

可溶性铁盐属于强酸弱碱盐，溶于水后水溶液呈酸性，pH值为5左右，硅酸钠属于强碱弱酸盐，溶于水后水溶液呈强碱性pH值为12，当可溶性铁盐直接与硅酸盐反应时，存在反应不充分，大部分的产物为硅酸铁，与现有技术相比，本发明在可溶性铁盐溶液中加入了强酸，强化了可溶性铁盐的酸性和离解性，使得硅酸钠与可溶性铁盐的反应更加充分，并且在反应后用强碱将反应产物的pH值调节到12左右进行活化，这是因为，pH值为12的溶液中存在大量的氢氧根离子（OH^-），经过适当时间的活化，溶液中的OH^-会键联到产物的表面上形成表面羟基，这些表面羟基是催化剂催化臭氧氧化反应的活性中心，能够与臭氧发生反应生成强氧化性的羟基自由基，从而氧化去除水体中的有机物。 通过分析发现，该方法所制备的产物主要是以(a)Fe-O-Si(OH)， (b) Fe-O(OH)₂-Si(OH)₃，(c) (OH)Si-Fe-(OH)O-O-O(OH)-Fe-Si(OH)为主。