一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物及其制備方法和應(yīng)用，該催化劑組合物包括通式為M2O?Cr2O3?xWO3的三元復(fù)合氧化物，其中M為鈉元素或鉀元素，x=1~8，按如下方法制備：將M元素的化合物、鉻鹽、鎢酸鹽和檸檬酸依次加入水中，攪拌溶解，加入乙二醇，攪拌5-15min后，加熱到100℃-130℃，繼續(xù)攪拌形成凝膠，將凝膠在500℃-1100℃下煅燒5-15小時，即得。本發(fā)明在常溫常壓下，無需氧化劑，也無需光照射下能有效處理亞甲基藍染料廢水，具有催化降解效率高，工藝流程簡單，無二次污染的優(yōu)點。
【專利說明】一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機功能材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種降解廢水中亞甲基藍染料的三元復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]隨著染料工業(yè)的快速發(fā)展，有機染料廢水已經(jīng)成為主要的水體污染源之一。這類廢水具有水量大、濃度高、成分復(fù)雜、色度深和難降解等特點。大多數(shù)染料還具有毒性、致癌性、致畸和致突變的作用。其中，亞甲基藍是一種重要的有機化學(xué)合成陽離子染料，工業(yè)應(yīng)用非常廣泛。例如，可應(yīng)用于麻、蠶絲織物、紙張的染色及竹、木的著色，應(yīng)用于生物、細(xì)菌組織的染色以及應(yīng)用于制造墨水和色淀等。亞甲基藍在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用也將導(dǎo)致含亞甲基藍染料廢水對水體的嚴(yán)重污染。
[0004]目前，有機染料廢水的處理方法主要有生物法、混凝法、高級氧化技術(shù)、光催化法、吸附法及膜分離法等。生物法受PH值、溫度、鹽份和染料種類等因素的影響，使得生物法處理的效果不夠理想?；炷ǖ倪\行費用較高，泥渣量大而且脫水困難，適用的pH值范圍窄。高級氧化技術(shù)成本高，常用氧化劑也會表現(xiàn)出氧化能力不強、存在選擇性氧化等缺點，而且處理過程中容易引入雜質(zhì)造成二次污染。光催化法需要光源照射體系，在實際應(yīng)用中受天氣影響大。吸附法易受水中的懸浮物和油脂等影響，而且吸附劑用量大和費用高。膜分離法分為電滲析法、反滲透法、納濾法和超濾法等，其中電滲析法、反滲透法、納濾法的優(yōu)點是染料去除率高，能回收廢水中的染料，工藝簡單，但是所用膜的成本較高，操作壓力較大，造成膜法的能耗偏高，影響了其工業(yè)化應(yīng)用。傳統(tǒng)的超濾法由于膜孔徑較大，難以去除低分子量的有機污染物。
[0005]綜上所述，通過研究開發(fā)一種簡單而且高效處理亞甲基藍染料廢水的催化劑具有重要的社會意義和經(jīng)濟意義。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，從而提供一種簡單、有效降解廢水中的亞甲基藍染料的催化劑組合物及其制備方法和應(yīng)用。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人通過大量試驗研究并不懈探索，最終獲得了如下技術(shù)方案:
一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物，該催化劑組合物包括通式為M2OCr2O3-XWO3的三元復(fù)合氧化物,其中M為鈉元素或鉀元素，x=f8。
[0009]—種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其中，所述的催化劑組合物包括通式為M20*Cr203*XW03的三元復(fù)合氧化物，該三元復(fù)合氧化物按如下步驟制備而成:
(1)將M元素的化合物、鉻鹽、鎢酸鹽和檸檬酸依次加入水中，攪拌溶解，所述的M元素化合物中的M、鉻鹽中的鉻、鎢酸鹽中的鎢、檸檬酸和水的摩爾比為1:1:1-8:3-30:250-450 ；
(2)加入乙二醇，乙二醇的加入量為檸檬酸摩爾數(shù)的4倍，攪拌5-15min后，加熱到100C -130°c，繼續(xù)攪拌形成凝膠；
(3)將凝膠在500°C-1100°C下煅燒5-15小時，得到具有顆粒狀的三元復(fù)合氧化物M2OCr2O3-XWO3,其中M為鈉元素或鉀元素，x=l?8。
[0010]在本發(fā)明的一個最優(yōu)選的實施例中，如上所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其中步驟(I)中所述的M元素化合物中的M、鉻鹽中的鉻、鎢酸鹽中的鎢、檸檬酸和水的摩爾比為1:1: 4: 13: 333。
[0011 ] 優(yōu)選地，如上所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其中步驟(3)中的煅燒溫度為600°C -1000°c，煅燒時間為5-10小時。
[0012]進一步優(yōu)選地，如上所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其中所述的M元素化合物為鉀化合物或鈉化合物，所述的鉀化合物選自如下中的一種或多種:氫氧化鉀、氯化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、硫酸氫鉀、硝酸鉀、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸二氫鉀、甲酸鉀、醋酸鉀、檸檬酸鉀；所述的鈉化合物選自如下中的一種或幾種:氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、硫酸氫鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、檸檬酸鈉。
[0013]進一步優(yōu)選地，如上所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其中所述的鉻鹽為硝酸鉻、硫酸鉻和氯化鉻中的一種或幾種。
[0014]進一步優(yōu)選地，如上所述降解廢水中亞甲基藍染料的的催化劑組合物的制備方法，其中所述的鎢酸鹽為鎢酸銨、鎢酸鉀和鎢酸鈉中的一種或幾種。
[0015]一種利用上述催化劑組合物降解廢水中亞甲基藍染料的方法，該方法包括將所述催化劑組合物懸濁于亞甲基藍染料廢水中進行處理。
[0016]所述降解廢水中亞甲基藍染料的方法，優(yōu)選按0.5^2.0g/L廢水的比例加入所述三元復(fù)合氧化物M2OCr2CVxWO3 (M為Na或K元素)，在攪拌下處理10-40分鐘。
[0017]本發(fā)明的三元復(fù)合氧化物M2OCr2CVxWO3 (M為Na或K元素；x=l?8)催化劑應(yīng)用于降解廢水中亞甲基藍染料的具體步驟是:以三元復(fù)合氧化物M20*Cr203*xW03，(Μ為Na或K元素；x=f 8)為催化劑，降解反應(yīng)條件為:亞甲基藍濃度在lmg/L?20mg/L范圍，處理每升亞甲基藍廢水的催化劑用量為0.5^2.0g，溶液體系處于常溫常壓。當(dāng)亞甲基藍溶液體積為AQmL,濃度為10mg/L時,在攪拌下加入催化劑0.05g,催化降解10-40分鐘,亞甲基藍的降解率達到80%以上。將殘余溶液替換為新的亞甲基藍溶液后再進行催化劑再循環(huán)使用。結(jié)果表明，催化劑可以多次循環(huán)使用。
[0018]本發(fā)明在常溫常壓下，無需氧化劑，也無需光照射下能有效處理亞甲基藍染料廢水，具有催化降解效率高，工藝流程簡單，無二次污染產(chǎn)生，并且運行費用低等特點，有很高的實際應(yīng)用價值。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及降解廢水中亞甲基藍染料的方法具有如下顯著的優(yōu)點和顯著的進步:
(I)本發(fā)明的催化劑制備方法簡單。
[0020](2)本發(fā)明的催化劑活性高，能在較短的時間內(nèi)快速而且高效降解污染物。
[0021 ] ( 3 )本發(fā)明的廢水處理方法在常溫常壓下即可進行，工藝流程簡單和成本低。
[0022](4)本發(fā)明的廢水處理方法無需使用氧化劑，也不需要采用任何光源照射降解體系O
[0023](5)本發(fā)明的催化劑可重復(fù)使用多次。
[0024]

【具體實施方式】
[0025]以下通過實施例形式對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0026]實施例1
將 0.70g 碳酸鉀(5.ri0_3mol)、4.04g 九水硝酸鉻(1.(T 10_2 mol )、10.79g 六水鎢酸銨(5.V 10_3 mol)和25.47g檸檬酸(0.13mol)依次加入60mL (3.33 mol)蒸餾水中，攪拌溶解。加入32.28g乙二醇(0.52mol)后攪拌lOmin，升溫到120°C繼續(xù)攪拌，直至形成凝膠。將凝膠在600°C下加熱10小時，得到5.30g顆粒狀的三元復(fù)合氧化物K2OCr2(VxW)3(x=4)催化劑。
[0027]取0.05克按上述方法制備得到的三元復(fù)合氧化物1(20*0203*103 (x=4)催化劑降解亞甲基藍水溶液。亞甲基藍濃度為10 mg/L，體積為40mL。在攪拌作用下于常溫常壓催化降解亞甲基藍35分鐘，亞甲基藍降解率為80.7%。
[0028]實施例2
將 0.70g 碳酸鉀(5.ri0_3mol)、4.04g 九水硝酸鉻(1.(T 10_2 mol )、10.79g 六水鎢酸銨(5.7,10_3 mol)和25.47g檸檬酸(0.13mol)依次加入60mL (3.33 mol)蒸餾水中，攪拌溶解。加入32.28g乙二醇(0.52mol)后攪拌lOmin，升溫到120°C繼續(xù)攪拌，直至形成凝膠。將凝膠在900°C下加熱6小時，得到5.05g顆粒狀的三元復(fù)合氧化物K2O^Cr2O3^WO3 (x=4)催化劑。
[0029]取0.05克按上述方法制備得到的三元復(fù)合氧化物K2OCr2CVxWO3 (x=4)催化劑降解亞甲基藍水溶液。亞甲基藍濃度為10 mg/L，體積為40mL。在攪拌作用下于常溫常壓催化降解亞甲基藍15分鐘，亞甲基藍降解率為86.0%。
[0030]實施例3
將 0.55g 碳酸鈉(5.Γ 10_3 mol),4.04g 九水硝酸鉻(1.(T 10_2 mol)、10.79g 六水鎢酸銨(5.V 10_3 mol)和25.47g檸檬酸(0.13mol)依次加入60mL (3.33 mol)蒸餾水中，攪拌溶解。加入32.28g乙二醇(0.52mol)后攪拌lOmin，升溫到120°C繼續(xù)攪拌，直至形成凝膠。將凝膠在1000°C下加熱6小時，得到4.95g顆粒狀的三元復(fù)合氧化物Na2OCr2(VxW)3(x=4)催化劑。
[0031]取0.05克按上述方法制備得到的1(20*(>203^103 (x=4)催化劑降解亞甲基藍水溶液。亞甲基藍濃度為10 mg/L，體積為40mL。在攪拌作用下于常溫常壓催化降解亞甲基藍 10分鐘，亞甲基藍降解率為84.01%。
【權(quán)利要求】
1.一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物，其特征在于:所述的催化劑組合物包括通式為M2OCr2O3-XWO3的三元復(fù)合氧化物,其中M為鈉元素或鉀元素，x=f8。
2.一種降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:所述的催化劑組合物包括通式為M20*Cr203*XW03的三元復(fù)合氧化物，所述的三元復(fù)合氧化物按如下步驟制備而成: (1)將M元素的化合物、鉻鹽、鎢酸鹽和檸檬酸依次加入水中，攪拌溶解，所述的M元素化合物中的M、鉻鹽中的鉻、鎢酸鹽中的鎢、檸檬酸和水的摩爾比為1:1:1-8:3-30:250-450 ； (2)加入乙二醇，乙二醇的加入量為檸檬酸摩爾數(shù)的4倍，攪拌5-15min后，加熱到100C -130°c，繼續(xù)攪拌形成凝膠； (3)將凝膠在500°C-1100°C下煅燒5-15小時，得到具有顆粒狀的三元復(fù)合氧化物M2OCr2O3-XWO3,其中M為鈉元素或鉀元素，x=l?8。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的M元素化合物中的M、鉻鹽中的鉻、鎢酸鹽中的鎢、檸檬酸和水的摩爾比為 1:1: 4: 13: 333。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:步驟(3)中的煅燒溫度為600°C -1000°C，煅燒時間為5-10小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:所述的M元素化合物為鉀化合物或鈉化合物，所述的鉀化合物選自如下中的一種或多種:氫氧化鉀、氯化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、硫酸氫鉀、硝酸鉀、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸二氫鉀、甲酸鉀、醋酸鉀、檸檬酸鉀；所述的鈉化合物選自如下中的一種或幾種:氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、硫酸氫鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、檸檬酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述降解廢水中亞甲基藍染料的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:所述的鉻鹽為硝酸鉻、硫酸鉻和氯化鉻中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述降解廢水中亞甲基藍染料的的催化劑組合物的制備方法，其特征在于:所述的鎢酸鹽為鎢酸銨、鎢酸鉀和鎢酸鈉中的一種或幾種。
8.一種利用權(quán)利要求1所述催化劑組合物降解廢水中亞甲基藍染料的方法，其特征在于:包括將所述催化劑組合物懸濁于亞甲基藍染料廢水中進行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述降解廢水中亞甲基藍染料的方法，其特征在于:按0.5?2.0g/L廢水的比例加入所述三元復(fù)合氧化物M2OCr2CVxWO3，在攪拌下處理10-40分鐘。
【文檔編號】B01J23/30GK104353453SQ201410598642
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】周國華, 陳綿鋒 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)