[发明专利]催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在纺织印染废水处理技术领域的复合材料，特别是涉及一种催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂及其制备方法。

背景技术

纤维素基复合材料是以纤维素为基体，在其中添加其它功能性组分，来提高其性能的材料。迄今为止，人们已经设计并合成了许多纤维素负载金属催化剂，其催化活性和重复使用性较好，但仍存在很多问题。纤维素负载金属催化剂在制备和使用时可能会出现诸如催化剂易分解、机械强度小、回收重复使用活性降低、回收利用不方便等高分子负载金属催化剂常见的问题(薛逢军，魏玉萍.纤维素负载金属催化剂研究进展.高分子通报，2014，10(5)：116-124)。

PMS又名单过硫酸氢钾复合盐，可以在过渡金属、加热或紫外的情况下产生SO4-·(Beitz T.，Bechmann W.，Mitzner R.Investigations of reactions of selected azaarenes with redicals in Water.1.Hydroxyl and sulfate radicals.J.Phys.Chem.A.，1998，102(34)：6760-6765)并广泛应用于环境处理当中。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂，这种催化剂与普通催化剂相比，更不易分解、强度更大、回收重复使用活性更高、回收利用更方便。

为了解决上述问题，本发明提供了一种催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂的制备方法，其特征在于，先将四氧化三钴负载到氧化石墨上，再将负载四氧化三钴的氧化石墨与氧化纤维素复合制备纤维素基复合催化剂，最后向含有甲基橙的水中加入单过硫酸氢钾(PMS)，调节pH值，加入纤维素基复合催化剂在进行降解。

优选地，所述纤维素基复合催化剂的具体制备步骤如下：

第一步：将氧化石墨粉末加入到正己醇中，通过超声使其形成就均匀分散的悬浮液，另将六水合硝酸钴溶解于另一份正己醇中，形成红色的溶液后与含有氧化石墨的悬浮液进行混合，并在室温下搅拌使两种物质均匀的混合，然后将混合物在140℃下回流加热12h，反应结束后将反应体系冷却到室温，离心洗涤，并用乙醇反复洗涤以除去正己醇及其中的杂物，最后将获得的产物在60℃的真空烘箱中烘干备用；

第二步：氢氧化钠/硫脲/尿素溶液在低温下高速搅拌溶解氧化纤维素，得到透明的氧化纤维素溶液，随后将产物通过高速离心除去不溶物和气泡，将四氧化三钴/氧化石墨复合物粉末超声分散10min，与纤维素溶液混合均匀进行降解，浆液使用聚四氟乙烯膜过滤，过滤前用盐酸将pH调至中性，在空气中60℃下干燥12h，即得纤维素基复合催化剂。

优选地，所述单过硫酸氢钾的加入量为0.4-10m·mol/L。

优选地，所述纤维素复合催化剂的加入量为0.05-0.7g/L。

优选地，所述pH值为4-10。

优选地，所述降解的温度条件为15-60℃，降解时间为2-14min。

优选地，所述甲基橙的初始浓度为0.1-1m·mol/L。

优选地，所述单过硫酸氢钾的加入量为2m·mol/L；纤维素基复合催化剂的加入量为0.5g/L；pH值为7；降解温度为25℃，降解时间为6min；水中甲基橙的初始浓度为0.2m·mol/L。在该处理条件的组合下，具有更好的处理效率，甲基橙的去除率为99.5％以上。

本发明还提供了一种采用上述催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂的制备方法制备的催化过硫酸盐降解染料甲基橙的纤维素基复合催化剂。

优选地，所述纤维素基复合催化剂中氧化纤维素的质量含量为80％；四氧化三钴和氧化石墨烯的总质量含量为20％。

本发明采用非均相四氧化三钴/氧化石墨/氧化纤维素/PMS催化氧化降解体系：以氧化纤维素为载体、负载四氧化三钴/氧化石墨的氧化纤维素为催化剂、PMS为氧化剂的体系对甲基橙染料进行催化氧化降解。

随着PMS浓度的增加可以产生更多的SO₄^-·来降解甲基橙染料废水，因此PMS浓度越高，甲基橙染料废水降解越快，但当PMS浓度增大到某个量后，再增大PMS浓度，在增加处理成本的同时，甲基橙染料废水的降解速率并不明显，兼顾到成本和处理效率，最优选为2m·mol/L。