專利名稱：以氧化鈰納米粒子為催化劑降解染料廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化鈰納米粒子的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種以 氧化鈰納米粒子作為催化劑降解活性藍(lán)染料廢水的方法。
背景技術(shù)：
納米Ce02是稀土氧化物系列中活性最高的一個(gè)氧化物催化劑，具有 較為獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)、較高的儲(chǔ)氧能力(OSC)和釋放氧的能力、較強(qiáng)的氧 化-還原性能，是一種廉價(jià)且用途極廣的工業(yè)材料。它可以作為固體氧化 物燃料電池(SOFC)的氧離子導(dǎo)體的主要基體材料，可以用作發(fā)光材料、 電子陶瓷、玻璃的拋光劑及玻璃脫色澄清劑，可以用作汽車尾氣凈化方 面的三元催化助劑，也是超導(dǎo)體、陶瓷、石油裂解催化劑和均相催化劑 的重要組成成分，因而受到了人們極大的關(guān)注， 一些研究成果己應(yīng)用于 工業(yè)催化領(lǐng)域。染料廢水是目前公認(rèn)的有害工業(yè)廢水，全世界每年以廢 棄物形式向環(huán)境中排放染料約60000噸左右，由于染料廢水中活性染料 的含量很高而且很難生物降解，如果不經(jīng)過處理就排放，不僅直接危害 人體健康，而且嚴(yán)重破壞水體、土壤及生態(tài)系統(tǒng)水，對環(huán)境影響非常大。 而在我國，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，印染企業(yè)每天排放廢水量300-400萬噸，而 目前染料廢水的治理率不足60%，因此研究其有效的處理方法具有重要 的現(xiàn)實(shí)意義。目前， 一般采用改性的納米Ti02作為光催化劑降解染料廢 水，例如在Catalysis Today, 2002， 76(2-4) :235-246中，Cristian Lizama等人用二氧化鈦和氧化鋅作光催化劑降解活性藍(lán)溶液；在 Journal of Molecular Catalysis A:Chemical，2007, 261:131—138中， 在Jingyi Li等人用納米二氧化鈦在紫外和可見光下降解染料污染物。 但這些方法催化劑制備工藝復(fù)雜，降解條件要求苛刻，光照利用不充分， 很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。鑒于上述應(yīng)用過程中存在的問題，探索一種制備工藝 簡單易行、降解條件容易控制的新型催化劑是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鈰納米粒子作為催化劑降解活性藍(lán) 染料廢水的方法，解決了降解活性藍(lán)染料廢水的催化劑制備工藝復(fù)雜， 降解條件要求苛刻，降解效率不高，光照利用不充分，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 等問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是首先采用水熱法制得氧化鈰納米粒子，然后將 氧化鈰納米粒子放入活性藍(lán)染料廢水中，經(jīng)光照降解活性藍(lán)染料廢水，
其工藝步驟如下1、 制備反應(yīng)混合液配制0.1-0.5mol/L的鈰鹽溶液和0.1-1.5mol/L濃度的堿液，取5-70mL 配制好的鈰鹽溶液放入燒杯中，加入模板劑，攪拌，再滴加5-30mL的 堿液混合攪拌，制備得到反應(yīng)混合液；2、 水熱法制得氧化鈰納米粒子將步驟1制備的反應(yīng)混合液放入高壓聚四氟乙烯反應(yīng)罐中，在烘箱 中80-200'C反應(yīng)4-36h，冷卻至室溫。反應(yīng)后的溶液分別用去離子水、 無水乙醇洗滌l-5次，離心分離，在40-80。C下干燥6-24h，研磨，得到 氧化鈰納米粒子粉末；3、 降解活性藍(lán)染料廢水配制50-150 mg/L的活性藍(lán)溶液，取40-100ml放入錐形瓶中，加入步 驟2制備的氧化鈽納米粒子粉末，在光照下攪拌l-10h，離心分離，得到 降解后的溶液。本發(fā)明所述的鈰鹽溶液為Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中的任何一種； 所述的堿液為NaOH、 NaAc、 (NH2)2CO、 NH3 'H20中的任何一種或其任意2-3 種的混合物；所述的模板劑為十二垸基硫酸鈉(SDS)、十六垸基三甲基溴 化銨(CTAB)、聚乙二醇(PEG)、曲拉通X-100 (TX-100)中的任何一種 或其任意2-3種的混合物；所述光照光源為自然光、日光燈、紫外燈、氙 燈中的任意一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用納米氧化鈰作為催化劑，樣品制備工藝簡單，無需煅燒、 無需負(fù)載，產(chǎn)品純度高；另外，降解操作工藝簡單，條件容易控制，降 解速度快，常溫常壓光照下即可反應(yīng)，節(jié)省能耗。


圖1為本發(fā)明制備氧化鈰納米粒子及使用其降解活性藍(lán)染料廢水的 流程示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中納米Ce02粉體的XRD譜圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中納米Ce02粉體的TEM (200K)相片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中活性藍(lán)染料溶液降解前后紫外吸收譜圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l配制0.1mol/L的Ce(N03)3溶液和0.4mol/L的NaAc溶液，取10ml 的0.1 mol/LCe(N03)3溶液放入燒杯中，加入2.73gCTAB攪拌，再加入10ml 的0.4mol/L NaAc溶液，混合攪拌。之后將混合液放入高壓聚四氟乙烯 反應(yīng)罐中，在烘箱中18(TC反應(yīng)6h，爐內(nèi)冷卻至室溫。取出反應(yīng)后的溶 液，分別用去離子水、無水乙醇洗滌3次，離心分離，干燥研磨，得到 氧化鈰納米粒子粉末。配制100 mg/L的活性藍(lán)溶液，取40ml放入錐形 瓶中，加入制備好的氧化鈰納米粒子粉末，在自然光下攪拌5h，離心分 離，得到降解后的溶液。對所得氧化鈰納米粒子粉體進(jìn)行X-射線衍射分析，結(jié)果如圖2所示， 圖中出現(xiàn)的衍射峰均為Ce02的特征衍射峰，確認(rèn)得到的產(chǎn)物是Ce02，并 且產(chǎn)物中無任何雜質(zhì)。產(chǎn)物的TEM透射電鏡照片如圖3所示，從圖中可以看出，此方法制 得的Ce02為納米粒子，粒徑在15-25nm，晶形為立方螢石結(jié)構(gòu)，并且分 散性好、形貌規(guī)整。對降解前后的活性藍(lán)染料溶液進(jìn)行紫外吸收測試，結(jié)果如圖4所示， 從圖中可以看出，降解后活性藍(lán)染料溶液在590nm的吸收峰強(qiáng)度明顯減 弱，說明溶液顏色變淺，溶于水的染料大部分被降解。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的反應(yīng)物和方法，在烘箱中150'C反應(yīng)24h，同 樣可制備得到粒徑在納米級的Ce02粉體，可降解活性藍(lán)染料廢水。 實(shí)施例3以Ce(Ac)3和H20為反應(yīng)物，采用與實(shí)施例1相同的條件和方法， 同樣可制備得到粒徑在納米級的Ce02粉體，可降解活性藍(lán)染料廢水。 實(shí)施例4以Ce(N03)3和NaOH為反應(yīng)物，采用與實(shí)施例1相同的條件和方法， 同樣可制備得到粒徑在納米級的Ce02粉體，可降解活性藍(lán)染料廢水。 實(shí)施例5與實(shí)施例1相同條件制備得到納米級的Ce02粉體，加入到活性藍(lán)染 料溶液中，在日光燈下攪拌5h，離心分離，同樣可得到溶于水的染料大
部分被降解的溶液。實(shí)施例6與實(shí)施例1相同條件制備得到納米級的Ce02粉體，加入到活性藍(lán)染 料溶液中，在紫外燈下攪拌5h，離心分離，同樣可得到溶于水的染料大 部分被降解的溶液。實(shí)施例7與實(shí)施例1相同條件制備得到納米級的Ce02粉體，加入到活性藍(lán)染 料溶液中，在氙燈下攪拌5h，離心分離，同樣可得到溶于水的染料大部 分被降解的溶液。
權(quán)利要求
1、一種以氧化鈰納米粒子為催化劑降解染料廢水的方法，其特征在于，工藝步驟為(1)制備反應(yīng)混合液配制0.1-0.5mol/L的鈰鹽溶液和0.1-1.5mol/L濃度的堿液，取5-70mL配制好的鈰鹽溶液放入燒杯中，加入模板劑，攪拌，再滴加5-30mL的堿液混合攪拌，制備得到反應(yīng)混合液；(2)水熱法制得氧化鈰納米粒子將步驟(1)制備的反應(yīng)混合液放入高壓聚四氟乙烯反應(yīng)罐中，在烘箱中80-200℃反應(yīng)4-36h，冷卻至室溫。反應(yīng)后的溶液分別用去離子水、無水乙醇洗滌1-5次，離心分離，在40-80℃下干燥6-24h，研磨，得到氧化鈰納米粒子粉末；(3)降解活性藍(lán)染料廢水配制50-150mg/L的活性藍(lán)溶液，取40-100ml放入錐形瓶中，加入步驟(2)制備的氧化鈰納米粒子粉末，在光照下攪拌1-10h，離心分離，得到降解后的溶液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的鈰鹽溶液為Ce(N03)3、 Ce(Ac)3、 Ce(S04)2中的任何一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的堿液為NaOH、 NaAc、 (NH2)2CO、 NH3 H20中的任何一種或其任意2-3種的混合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的模板劑為十二烷基 硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、曲拉通X-100中的任何一種或其 任意2-3種的混合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鈰鹽溶液、堿液、模板劑 混合比例為1: 1: 1—1: 80: 10。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述光照光源為自然光、 日光燈、紫外燈或氙燈。
全文摘要
以氧化鈰納米粒子為催化劑降解染料廢水的方法，屬于氧化鈰納米粒子的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。特征在于首先采用水熱法制得氧化鈰納米粒子粉末；然后在活性藍(lán)染料廢水中加入氧化鈰納米粒子粉末，經(jīng)光照降解活性藍(lán)染料廢水。本方法催化劑制備工藝簡單，無需煅燒、無需負(fù)載，產(chǎn)品純度高；降解操作工藝簡單，條件容易控制，降解速度快，常溫常壓光照下即可反應(yīng)，節(jié)省能耗。
文檔編號C02F1/30GK101125704SQ200710119249
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者悅 張, 郭廣生 申請人:北京化工大學(xué)