[发明专利]磁性Zn0/Fe3O4催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及磁性Zn⁰/Fe₃O₄催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着合成染料在工业领域的广泛使用，染料废水呈现不断增加趋势，工业染料废水具有色度高、毒性大、难降解性等特点。对于废水中难降解染料，常规水处理技术难以达到有效处理效果。近年来，高级氧化技术逐渐成为处理该类废水的有效技术。高级氧化过程中其主要作用的是具有强氧化性的·OH。其中在芬顿体系中，H₂O₂作为一种强氧化剂能够产生·OH而受到广泛应用，但由于存在H₂O₂利用率低，均相催化剂Fe²⁺易形成铁污泥，pH适用范围窄(pH在3～5)等缺陷而在水处理应用上受到限制。

为了克服芬顿试剂的不足，提高对染料废水的处理效率，一些非均相催化剂取代Fe²⁺与H₂O₂结合形成类芬顿体系。目前研究较多的非均相催化剂有Fe₃O₄、α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃、α-FeOOH、γ-FeOOH等铁系氧化物，过渡金属复合氧化物。其中，ZnO、铜锌复合物等锌系催化剂表现出良好催化性。

近年来，将磁性氧化物Fe₃O₄与活性金属复合形成具有高分离性的催化剂越来越受到关注。如将磁性氧化物Fe₃O₄与四大常见过渡金属中的铁、铜、铝单质结合形成复合催化剂均有报道，但存在对污染物去除效率低且反应时间长等问题。而单质锌通常具有粒径小，催化活性高等特点，但目前尚无关于Fe₃O₄与单质锌形成复合物催化剂的制备及报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性复合催化剂Zn⁰/Fe₃O₄及其制备方法与应用。

本发明提供的制备Zn⁰/Fe₃O₄复合催化剂的方法，包括如下步骤：

在惰性气氛中，将四氧化三铁和锌盐于溶剂中与硼氢化钠的水溶液混匀进行还原反应，反应完毕后将所得沉淀干燥，得到所述Zn⁰/Fe₃O₄复合催化剂。

上述方法中，所述锌盐为硫酸锌或氯化锌；

所述溶剂为水；

所述惰性气氛为氮气气氛；

所述四氧化三铁与锌盐的摩尔比为1：1～1：3，具体为1：2；

所述锌盐与硼氢化钠的摩尔比为0.05～0.06：0.1～0.12，具体为0.052：0.108。

所述还原反应步骤中，温度为20℃～30℃，时间为20min～30min；

所述干燥步骤中，温度为40～60℃，具体为50℃；

时间为20h～48h，具体为24h。

所述四氧化三铁是按照包括如下步骤的方法制备而得：在惰性气氛中，将二价铁盐和三价铁盐溶于水后，加入碱的水溶液进行共沉淀反应，反应完毕收集沉淀而得。

其中，所述二价铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁；

所述三价铁盐为硫酸铁或氯化铁；

所述二价铁盐在水中的摩尔浓度为0.005～0.05mol/L，具体为0.0215mol/L；

所述三价铁盐在水中的摩尔浓度为0.01～0.1mol/L，具体为0.043mol/L；

所述碱的水溶液为氨水或氢氧化钠的水溶液；

所述碱的水溶液的浓度为0.1～0.5mol/L，具体为0.172mol/L；

所述二价铁盐和三价铁盐的总摩尔用量与所述碱的摩尔比为0.05～0.2：0.4～1.6，具体为0.1：0.8；

所述共沉淀反应步骤中，时间为20min～60min，具体为30min；温度为20～30℃，具体为25℃。

所述方法还包括如下步骤：在所述还原反应之后，干燥步骤之前，将所得沉淀用水洗涤至pH值为中性。