CN113600177B - 一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂及其制备方法，该方法以偏钨酸铵、一水合柠檬酸、氯化钬、氯化钠和去离子水为原料，利用超临界水热合成法制备成钨酸钬钠催化剂。本发明的催化剂环境友好，成本低廉，且能够高效催化还原对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等水体污染物，同时存在使用寿命长，再生简单等优点，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂及其制备方法
技术领域
本发明提供一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂及其制备方法，属环保催化和和水污染治理领域。
背景技术
对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等作为常用染料，在其使用过程中有10％～20％被排入水环境中，而含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水毒性高，含致癌、致突变、致畸物质；色度高，在水生***中抑制植物的光合作用：COD值高，会导致水体富营养。基于上述危害，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水是目前水处理技术上面临的亟需处理的难题。常用的处理方法有吸附法、膜分离法、普通氧化法、生物法等，但是这些方法具有工艺流程复杂、设备要求高、成本高、破坏微环境等缺点。催化还原法是一种可以彻底解决水体污染，甚至变废为宝的方法，利用硼氢化钠将对硝基苯酚、甲基橙以及亚甲基蓝彻底还原成化工产品，且催化材料可回收再利用，不会残留在废水中对环境造成二次污染。然而，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水通常呈碱性，且pH值变化大。在现有的催化处理方法中，大多数的催化材料仅在酸性条件下才能降解90％以上的染料。因此，开发pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化材料倍受广大科研工作者的关注，利用催化材料处理甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂，本发明的另一目的是提供上述水处理催化剂的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂，该催化剂以偏钨酸铵、一水合柠檬酸、氯化钬、氯化钠和去离子水为原料，利用超临界水热合成法制备成钨酸钬钠催化剂；其中，偏钨酸铵：氯化钬：氯化钠的质量比为8.485：5.278：1。
一种上述的水处理催化剂的制备方法，该催化剂是通过如下方法制备得到：
(1)偏钨酸铵络合溶液配制
将偏钨酸铵、一水合柠檬酸和去离子水置于圆柱形开口玻璃瓶中，通过超声振荡使其均匀溶解形成偏钨酸铵络合溶液，备用；
(2)氯化钬和氯化钠混合溶液配制
将氯化钬、氯化钠和去离子水混合后，通过超声振荡使其均匀溶解形成氯化钬和氯化钠混合溶液，置于聚四氟乙烯消解罐中，备用；
(3)超临界水热合成
将步骤(1)中装有偏钨酸铵络合溶液的开口玻璃瓶置于步骤(2)中的聚四氟乙烯消解罐中，同时保证氯化钬和氯化钠的混合溶液与偏钨酸铵络合溶液没有物理接触，然后将消解罐密封与不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中进行水热反应，反应结束后降温取出，将得到的催化剂过滤干燥后即得钨酸钬钠纳米水处理催化剂。
上述方法中：步骤(3)中水热反应温度为150～180℃，反应时间为2～4h。
上述方法中：步骤(3)中干燥温度为80℃，干燥时间为8～12h。
上述方法中：步骤(1)偏钨酸铵：一水合柠檬酸：去离子水的质量比为1：(1～3)：5，步骤(2)氯化钬和去离子水的质量比为1：5～15。
本发明技术方案中，上述的钨酸钬钠纳米水处理催化剂在作为催化剂去除水中有机污染物方面的应用。
进一步的：所述的有机污染物为甲基橙、对硝基苯酚以及亚甲基蓝。
本发明技术方案中：所述的钨酸钬钠纳米水处理催化剂在作为催化剂去除水中有机污染物方面的应用。
本发明技术方案中：所述的有机污染物为甲基橙、对硝基苯酚以及亚甲基蓝。
本发明的催化反应条件及结果：取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL甲基橙(100mg/L，需要用时)、20mL对硝基苯酚(139mg/L，需要用时)、20mL亚甲基蓝(100mg/L，需要用时)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，1h内脱除甲基橙、对硝基苯酚以及亚甲基蓝的效率均达到100％，且催化剂使用十次其效率依然能够维持100％。
有益效果：
本发明所制备的催化剂能够高效催化还原对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等水体污染物。与现有技术进行对比，该催化剂体系中钨酸具有强固体酸性，能提高催化剂活性；钬和钠具有丰富的表面羟基，能够促进反应分子在催化剂表面的吸附和活化，从而提高催化剂性能。因此，超临界水热合成法制备出的钨酸钬钠催化剂不仅组分环境友好，制备工艺简单，成本较低，性价比高，而且具有优异的催化转化率，能够彻底实效地解决水污染问题，具有环境保护等社会和经济效益，拥有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
(1)偏钨酸铵络合溶液配制
称取8.485g偏钨酸铵、8.485g一水合柠檬酸和42.425g去离子水，置于50mL圆柱形开口玻璃瓶中，通过超声振荡使其均匀溶解形成偏钨酸铵络合溶液，备用；
(2)氯化钬和氯化钠混合溶液配制
称取5.278g氯化钬、1g氯化钠和52.78g去离子水，置于200mL聚四氟乙烯消解罐中，通过超声振荡使其均匀溶解形成氯化钬和氯化钠混合溶液，备用；
(3)超临界水热合成
将步骤(1)中装有偏钨酸铵络合溶液的开口玻璃瓶置于步骤(2)中的聚四氟乙烯消解罐中，同时保证氯化钬和氯化钠的混合溶液与偏钨酸铵络合溶液没有物理接触，然后将消解罐密封与不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中150℃保温2h，降温后取出，将得到的催化剂过滤，80℃干燥8h后即得钨酸钬钠纳米水处理催化剂。
(4)催化剂活性测试
取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL甲基橙(100mg/L)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，60min脱除甲基橙的效率达到100％，且催化剂使用十次其效率依然能够维持100％。
实施例2：
(1)偏钨酸铵络合溶液配制
称取8.485g偏钨酸铵、25.455g一水合柠檬酸和42.425g去离子水，置于50mL圆柱形开口玻璃瓶中，通过超声振荡使其均匀溶解形成偏钨酸铵络合溶液，备用；
(2)氯化钬和氯化钠混合溶液配制
称取5.278g氯化钬、1g氯化钠和52.78g去离子水，置于200mL聚四氟乙烯消解罐中，通过超声振荡使其均匀溶解形成氯化钬和氯化钠混合溶液，备用；
(3)超临界水热合成
将步骤(1)中装有偏钨酸铵络合溶液的开口玻璃瓶置于步骤(2)中的聚四氟乙烯消解罐中，同时保证氯化钬和氯化钠的混合溶液与偏钨酸铵络合溶液没有物理接触，然后将消解罐密封与不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中180℃保温4h，降温后取出，将得到的催化剂过滤，80℃干燥12h后即得钨酸钬钠纳米水处理催化剂。
(4)催化剂活性测试
取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL对硝基苯酚(139mg/L)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，60min脱除对硝基苯酚效率达到100％，且催化剂使用十次其效率依然能够维持100％。
实施例3
(1)偏钨酸铵络合溶液配制
称取8.485g偏钨酸铵、20.000g一水合柠檬酸和42.425g去离子水，置于50mL圆柱形开口玻璃瓶中，通过超声振荡使其均匀溶解形成偏钨酸铵络合溶液，备用；
(2)氯化钬和氯化钠混合溶液配制
称取5.278g氯化钬、1g氯化钠和52.78g去离子水，置于200mL聚四氟乙烯消解罐中，通过超声振荡使其均匀溶解形成氯化钬和氯化钠混合溶液，备用；
(3)超临界水热合成
将步骤(1)中装有偏钨酸铵络合溶液的开口玻璃瓶置于步骤(2)中的聚四氟乙烯消解罐中，同时保证氯化钬和氯化钠的混合溶液与偏钨酸铵络合溶液没有物理接触，然后将消解罐密封与不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中150℃保温4h，降温后取出，将得到的催化剂过滤，80℃干燥10h后即得钨酸钬钠纳米水处理催化剂。
(4)催化剂活性测试
取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL亚甲基蓝(100mg/L)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，60min脱除亚甲基蓝的效率达到100％，且催化剂使用十次其效率依然能够维持100％。
对比例1
(1)催化剂制备
除了催化剂制备时使用了4.243g偏钨酸铵，其他条件同实施例1；
(2)催化剂活性测试
取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL甲基橙(100mg/L)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，60min脱除甲基橙的效率只有45％，120min脱除甲基橙的效率只有73％。
(3)对比效果
与实施例1相比，当催化剂制备时偏钨酸铵：氯化钬：氯化钠的比例有所改变，钨酸钬钠就没法生成，因此催化效率明显下降。
对比例2
(1)催化剂制备
除了催化剂制备时不使用氯化钬，其他条件同实施例2；
(2)催化剂活性测试
取1mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中，加入反应溶液进行活性评价。各溶液的浓度为：20mL对硝基苯酚(139mg/L)、20mL硼氢化钠(3.78g/L)。催化剂在常温(25℃)常压下，60min脱除对硝基苯酚效率只有41％。
(3)对比效果
与实施例2相比，当催化剂制备时不使用氯化钬，主要生成了钨酸钠，其效果明显低于钨酸钬钠。

Claims (7)

1.一种钨酸钬钠纳米水处理催化剂，其特征在于：以偏钨酸铵、一水合柠檬酸、氯化钬、氯化钠和去离子水为原料，利用超临界水热合成法制备成钨酸钬钠催化剂；其中，偏钨酸铵：氯化钬：氯化钠的质量比为8.485：5.278：1。
2.一种权利要求1所述的水处理催化剂的制备方法，其特征在于：该催化剂是通过如下方法制备得到：
(1)偏钨酸铵络合溶液配制
将偏钨酸铵、一水合柠檬酸和去离子水置于圆柱形开口玻璃瓶中，通过超声振荡使其均匀溶解形成偏钨酸铵络合溶液，备用；
(2)氯化钬和氯化钠混合溶液配制
将氯化钬、氯化钠和去离子水混合后，通过超声振荡使其均匀溶解形成氯化钬和氯化钠混合溶液，置于聚四氟乙烯消解罐中，备用；
(3)超临界水热合成
将步骤(1)中装有偏钨酸铵络合溶液的开口玻璃瓶置于步骤(2)中的聚四氟乙烯消解罐中，同时保证氯化钬和氯化钠的混合溶液与偏钨酸铵络合溶液没有物理接触，然后将消解罐密封于 不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中进行水热反应，反应结束后降温取出，将得到的催化剂过滤干燥后即得钨酸钬钠纳米水处理催化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中水热反应温度为150～180℃，反应时间为2～4h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中干燥温度为80℃，干燥时间为8～12h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)偏钨酸铵：一水合柠檬酸：去离子水的质量比为1：(1～3)：5，步骤(2)氯化钬和去离子水的质量比为1：5～15。
6.权利要求1所述的钨酸钬钠纳米水处理催化剂在作为催化剂去除水中有机污染物方面的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述的有机污染物为甲基橙、对硝基苯酚以及亚甲基蓝。
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