申請日2017.09.22
公開(公告)日2018.01.30
IPC分類號B01J27/20; C02F1/30; C02F1/72; C02F101/30
摘要
本發明提供了一種用于工業廢水處理的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球結構中，另一方面通過Ni2+和Fe3+鹽溶液的反應將NiFe‑LDH包覆于C球表面，從而形成了球狀和層狀復合的材料結構，該結構十分有利于催化材料性能的改進，其比表面積達到500‑800g/m2，在類芬頓反應體系在可見光照射下有著極高的催化降解效率，工業化前景顯著。
權利要求書
1.一種用于工業廢水處理的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;然后將上述溶液轉移至反應釜中，并將其置于120-200℃溫度下反應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，將上述所得溶液轉移至水熱反應釜中，將其置于水熱儀中，于溫度120-200℃下反應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，將上述所得溶液轉移至微波水熱反應釜中，將其置于微波水熱儀中，在微波反應功率為300-500W，溫度120-200℃下反應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.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述催化劑的形貌呈現球狀和層狀的復合結構，比表面積為500-800g/m2。
3.根據權利要求1-2任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中微波水熱反應的功率為400W，溫度為180℃。
4.根據權利要求1-3任一項所述的制備方法，其特征在于，所述烘干的溫度為100℃。
5.根據權利要求1-4任一項所述制備方法制備得到的用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑。
6.根據權利要求5所述用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的應用，其特征在于，所述催化劑應用于可見光下利用非均相類芬頓反應來催化降解染料羅丹明B。
說明書
一種用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法
技術領域
本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法。
背景技術
在當今世界，無機納米材料的發展對當代社會的發展和經濟的增長起到非常重要的作用，因此人們對無機納米材料及其的制備方法這方面的進展相當的重視，與此同時無機納米材料的研究發展和制作方法也慢慢的成了針對無機納米科技的研發過程中最有前途、最有可能應用于實際的對象之一，也引來了更多研究人員的目光。由于人們對納米材料這方面研究的進展較好，人們也開始對無機層狀材料的發展關注起來。目前無機材料研發領域的熱門之一是材料形貌為層狀的水滑石及類水滑石，即一種具有層狀結構復合的雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides亦簡稱LDHs)。來自瑞典的Circa于1842年在礦物中發現了天然的水滑石，隨后開始展開了對此類材料的研究和發展。1999年，歐洲還專門舉辦了研討會，就是為了讓研究人員對水滑石方面類似的材料的發展程度和水平有更好的了解，匯聚相關的信息來調整接下來的的研究方案。由此可知，學者的關注焦點也開始被吸引到LDHs上面了。LDHs的多種功能事實上是得益于它的獨特構造，也因為它的這些獨特的功能使LDHs成為近些年新型材料的熱門研發對象，其實相較于國內，國外對此方面研究的時間更長，實際應用的范圍更廣，已經開始進入實際工業化投產的應用階段了，例如歐洲和日本。
水滑石及類水滑石(Layered double hydroxides，LDHs)是一種具有層狀結構的離子型材料，由類似于水鎂石這樣帶有正電層板、層板間有負電抵償作用的非金屬離子與其內部的溶劑分子組成。金屬陽離子處于正八面體晶格的中間，陽離子的頂點是連接著氫氧根負離子而形成可無窮擴展的二維結構。最普遍常見的水滑石的構成基本上是包括擁有二價和三價正價態的金屬型離子，水滑石的表達式為：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+，Fe3+或者Mn3+離子。An-并不介入層板構造的形成，它相當于用來均衡電荷的非金屬離子插進到層板之間，通常是一些無機或有機陰離子，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材料最基本的結構特征就是“層狀”。起初，當水滑石第一次在瑞典被科研人員發現后，科研人員一貫覺得它是由兩種氫氧化物層層排列而構成的，隨著科技的進步與發展，后來當Allmann和Taylor通過進行單晶X射線衍射實驗并根據實驗數據進行分析才發現了事實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LDHs此類的材料有了更深的認識，研究人員在此類材料的層狀構造中察覺到層板間有不少帶有負電荷的陰離子，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，也吸引了更多相關的研究人員對此類材料的廣泛的關注。此類材料屬于一類具有高度有序等多種優異功能的新型材料，構建此類材料的推動力基本上為共價鍵、離子鍵、氫鍵、靜電力等及推動力彼此之間的作用。根據LDHs納米材料特別的構造及優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用。由于對LDHS材料的深入研究，LDHS緊隨著又在農藥、醫藥、合成材料等相關領域中起到了相當重要的作用。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑及其制備方法，該催化劑制備工藝簡單、所制備催化劑催化性能優異，對工業廢水的處理效果顯著，具有十分廣闊的應用前景。
為解決上述問題，本發明采用的技術方案為：
一種用于工業廢水處理的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;然后將上述溶液轉移至反應釜中，并將其置于120-200℃溫度下反應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，將上述所得溶液轉移至水熱反應釜中，將其置于水熱儀中，于溫度120-200℃下反應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，將上述所得溶液轉移至微波水熱反應釜中，將其置于微波水熱儀中，在微波反應功率為300-500W，溫度120-200℃下反應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球狀和層狀的復合結構，比表面積為500-800g/m2。
所述步驟(3)中微波水熱反應的功率為400W，溫度為180℃。
所述烘干的溫度為100℃。
另外，本發明要求保護由所述制備方法制備得到的用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑。
本發明還要求保護所述用于工業廢水處理的C@NiFe-LDH催化劑的應用，具體的：所述催化劑應用于可見光下利用非均相類芬頓反應來催化降解染料羅丹明B。
本發明的技術效果為：本發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球結構中，另一方面通過Ni2+和Fe3+鹽溶液的反應將NiFe-LDH包覆于C球表面，從而形成了球狀和層狀復合的材料結構，該結構十分有利于催化材料性能的改進，其比表面積達到500-800g/m2，在類芬頓反應體系在可見光照射下有著極高的催化降解效率，工業化前景顯著。
