磁鐵礦水滑石/氧化亞銅復合光催化劑及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁鐵礦水滑石/氧化亞銅復合光催化劑及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國湖泊水庫等緩流水體富營養(yǎng)化問題日益突出。隨著湖泊富營養(yǎng)化的加劇，藻類大量生長，影響飲用水水質(zhì)，已成為多種疾病發(fā)生的重要誘發(fā)因素，將成為制約我國社會和國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重大環(huán)境問題。因此，充分利用自然條件進行污染物的治理是近年來環(huán)境保護的趨勢。
[0003]在所有淡水藻類中，毒性最強、污染范圍最廣的為藍藻門，尤其其中的微囊藻屬、魚腥藻屬、束絲藻屬和顫藻屬，是淡水中常見的有潛在危害性的藻類。在現(xiàn)有的除藻及降解藻毒素的技術(shù)中，光催化技術(shù)是唯一能利用自然光和水體中溶解氧的方法。目前研宄較多的光催化技術(shù)主要有Fenton體系和半導體光催化技術(shù)，赤銅礦氧化亞銅(Cu2O)是一種典型的能被可見光激發(fā)的半導體光催化材料，不僅能利用自然光中的可見光，在弱光照條件下也具有殺滅微生物的性能，而且能在可見光激發(fā)下將水體過飽和的溶解氧轉(zhuǎn)化成為大量的H2O2,為鐵基天然礦物異相光-Fenton體系提供H2O2的來源。此外，水滑石是一種較為少見的具有層狀結(jié)構(gòu)的雙羥基陰離子粘土，其層間陰離子可被其他陰離子交換或取代，因而對陰離子具有良好的吸附性能。因此，利用天然鐵基礦物的光催化性能、赤銅礦氧化亞銅對自然光(弱光照)中的可見光的高效利用性能和水體過飽和溶解氧轉(zhuǎn)化為H2O2的性能、水滑石陰離子交換性能可為富營養(yǎng)化水體凈化和水華藻類去除提供多功能一體化解決方案，對實際城市緩流水體富營養(yǎng)化和水華藻類污染控制起到巨大的促進作用，具有重要的理論意義和科學價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種制備工藝簡單，原料價格低廉的光催化劑，其既能夠擁有高效的殺藻效率又能夠吸附去除水華環(huán)境下的陰離子污染物。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:磁鐵礦水滑石/氧化亞銅復合光催化劑，包括有以下組分及含量:磁鐵礦水滑石、醋酸銅溶液、硫代硫酸鈉溶液、葡萄糖和氫氧化鈉溶液，其中，所述磁鐵礦水滑石的質(zhì)量占磁鐵礦水滑石與醋酸銅溶液中醋酸銅總質(zhì)量的40 %?60 %，所述硫代硫酸鈉溶液中硫代硫酸鈉的質(zhì)量占磁鐵礦水滑石與醋酸銅溶液中醋酸銅總質(zhì)量的85.2%?200%，所述葡萄糖的質(zhì)量占磁鐵礦水滑石、醋酸銅溶液中醋酸銅和硫代硫酸鈉溶液中硫代硫酸鈉總質(zhì)量的3.1%?6.7%，所述的氫氧化鈉溶液中的氫氧化鈉的質(zhì)量占磁鐵礦水滑石、醋酸銅溶液中醋酸銅、硫代硫酸鈉溶液中硫代硫酸鈉和葡萄糖總質(zhì)量的7.2%?10%。
[0006]按上述方案，所述醋酸銅溶液和硫代硫酸鈉溶液的濃度分別為0.15?0.35mol/
L、0.4 ?0.6mol/Lo
[0007]按上述方案，所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為0.4?0.6mol/Lo
[0008]磁鐵礦水滑石/氧化亞銅復合光催化劑的制備方法，包括有以下步驟:在容器中加入磁鐵礦水滑石和醋酸銅溶液，攪拌，依次加入硫代硫酸鈉溶液和葡萄糖攪拌，然后在超聲條件下邊攪拌邊慢慢的加入30-50°C的氫氧化鈉溶液，超聲，離心，水洗，醇洗，烘干，研磨即可得到磁鐵礦水滑石氧化亞銅光催化劑。
[0009]按上述方案，所述磁鐵礦水滑石和醋酸銅溶液的攪拌時間為20?40min。
[0010]按上述方案，超聲條件下的攪拌時間為20?40min，溫度為30?50°C。
[0011]按上述方案，所述烘干溫度為50?60°C。
[0012]所述的磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑在水處理中的應(yīng)用。
[0013]所述的磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑在水華處理中的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明利用磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑首先利用磁鐵礦水滑石的吸附作用將藻細胞吸附在光催化劑的表面，再利用磁鐵礦與氧化亞銅異相光-Fenton體系在可見光激發(fā)下產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基來殺死藻細胞，同時吸附水體中的陰離子，使光催化劑利用自然條件高效治理水華污染。這種利用天然鐵基礦物的光催化性能、赤銅礦氧化亞銅對自然光(弱光照)中的可見光的的高效利用性能和水體過飽和溶解氧轉(zhuǎn)化為H2O2的性能、水滑石陰離子交換性能可為富營養(yǎng)化水體凈化和水華藻類去除提供多功能一體化解決方案，對實際城市緩流水體富營養(yǎng)化和水華藻類污染控制起到巨大的促進作用。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明所用的原材料磁鐵礦和水滑石是天然礦物，價格低廉，來源廣泛，利用其制備的光催化劑，過程簡單，又是環(huán)境友好型材料；
[0017]本發(fā)明首先利用磁鐵礦水滑石的吸附作用將藻細胞吸附在光催化劑的表面，然后再利用氧化亞銅在太陽光激發(fā)下產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基從而氧化降解藻細胞，最終達到有效的降解效果；由于藍藻的爆發(fā)是在夏季高溫、光照充足及水體過飽和氧的條件下，而磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑也正是利用充足的太陽光和溶解氧來達到最佳的殺藻效果，從而避免了 〃先污染，后治理〃的現(xiàn)象發(fā)生，從根本上解決了水華藍藻的問題。利用磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑治理藍藻，處理效率高，處理效率可達80%以上，成本低，操作方便，而且易于廣泛實施。特別是應(yīng)用在水華處理中。成本低，操作方便，而且易于廣泛實施。且殺滅藻細胞后，對溶液中總硬度、Al濃度、總氮和有機物含量無影響，且能夠吸附水體中的90%以上的磷和腐殖酸。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例3磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑XRD圖；
[0019]圖2為實施例3磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑FTIR圖；
[0020]圖3為實施例3磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑XPS圖；
[0021 ] 圖4為實施例3磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑對藻細胞的破滅圖。
【具體實施方式】
[0022]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0023]實施例1 (括號內(nèi)均為溶質(zhì)質(zhì)量)
[0024]在錐形瓶中加入20mL 0.15mol/L的醋酸銅溶液(0.6g)，加入0.4g磁鐵礦水滑石，攪拌20min，依次緩慢加入20mL 0.4mol/L硫代硫酸鈉溶液(2g)和0.2g葡萄糖攪拌均勻，然后在超聲條件下邊攪拌邊慢慢的加入20mL 0.4mol/L 30°C的氫氧化鈉溶液(0.32g)，超聲，離心，三遍水洗三遍醇洗，用真空干燥箱烘干，研磨，裝袋即可得到磁鐵礦水滑石氧化亞銅光催化劑。
[0025]實施例2
[0026]在錐形瓶中加入10mL 0.2mol/L的醋酸銅溶液(4g)，加入3.2g磁鐵礦水滑石，攪拌25min，依次緩慢加入10mL 0.45mol/L硫代硫酸鈉溶液(11.2g)和Ig葡萄糖攪拌均勻，然后在超聲條件下邊攪拌邊慢慢的加入10mL 0.45mol/L 35°C的氫氧化鈉溶液(1.8g)，超聲，離心，三遍水洗三遍醇洗，用真空干燥箱烘干，研磨，裝袋即可得到磁鐵礦水滑石氧化亞銅光催化劑。
[0027]實施例3
[0028]在錐形瓶中加入200mL 0.25mol/L的醋酸銅溶液(1g)，加入1g磁鐵礦水滑石，攪拌30min，依次緩慢加入200mL 0.5mol/L硫代硫酸鈉溶液(24.8g)和2g葡萄糖攪拌均勻，然后在超聲條件下邊攪拌邊慢慢的加入200mL 0.5mol/L 40°C的氫氧化鈉溶液(4g)，超聲，離心，三遍水洗三遍醇洗，用真空干燥箱烘干，研磨，裝袋即可得到磁鐵礦水滑石氧化亞銅光催化劑。
[0029]附圖1所示，本實施例磁鐵礦水滑石/氧化亞銅光催化劑XRD圖。由圖分析可知，與HDL相比，F(xiàn)e-HDL中HDL的特征衍射峰發(fā)生了偏移。在Fe-HDL與Cu2O復合形成Fe-HDL/Cu2O復合材料后，HDL的特征衍射峰發(fā)生了進一步的變化。Fe-HDL中HDL的特征衍射峰從
11.42°、23.19。、34.7°、和 46.4° 處偏移到了 11.4°、23°、35° 和 45.8° 處，但仍然清晰可見。但Fe-HDL中磁鐵礦39°處的特征衍射峰消失。此外，HDL和Fe-HDL在60.5°和61°附近都有一個明顯的裂峰，但在Fe-HDL/Cu20中，該裂峰消