一种铁盐负载电气石催化剂及其制备方法和应用

1.本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种铁盐负载电气石催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.抗生素是一种具有持久性、难生物降解的有机污染，对自然生态和人类健康存在潜在风险而受到特别关注。所以，寻求一种高效，廉价易得的催化剂来活化氧化剂降解水中的抗生素类药物显得尤为重要。太阳能作为一种天然能源，具有廉价、清洁、安全、绿色、可再生的特性，逐渐被人类重视。在我国，虽然太阳能技术已经有了重大突破，但是由于较低的能源转化率使得利用太阳能并不能解决一些当前的环境污染问题。同时，现有的光催化技术如以石墨相氮化碳、二氧化钛、氮化硼为基础的光催化剂在降解抗生素中依然存在催化剂催化效率低的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁盐负载电气石催化剂及其制备方法和应用，本发明制备的铁盐负载电气石催化剂对抗生素等有机污染物具有高催化活性。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种铁盐负载电气石催化剂的制备方法，包括以下步骤：将电气石与铁盐混合，进行煅烧，得到铁盐负载电气石催化剂。
6.优选的，所述电气石与铁盐的质量比为1：0.1～1。
7.优选的，所述电气石的粒径为5000～20000目。
8.优选的，所述铁盐包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁和柠檬酸铁中的一种或几种。
9.优选的，所述煅烧包括升温阶段和保温阶段，所述升温阶段的升温速率为2.5～5.5℃/min；所述保温阶段的温度为500～800℃，保温时间为1～3h；所述煅烧的气氛为空气。
10.优选的，所述煅烧后还包括：所得煅烧产物冷却至室温，然后分散于洗涤剂中混洗，固液分离，将所得固体产物进行干燥。
11.优选的，所述洗涤剂包括水、乙醇、四氢呋喃和盐酸水溶液中的一种或几种。
12.优选的，所述干燥的温度为100～150℃。
13.本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的铁盐负载电气石催化剂。
14.本发明还提供了上述技术方案所述的铁盐负载电气石催化剂在光催化降解有机污染物中的应用。
15.本发明以电气石与铁盐为原料经煅烧制备铁盐负载电气石催化剂，电气石是一种储量丰富的天然硅酸盐矿物，其存在永久自极化效应，在可见光照射下，能够为铁盐中的铁离子提供电子，加速fe
2+
/fe
3+
循环，提高活化氧化剂效率，从而显著提高催化剂对有机污染物的光催化降解效率。而且，本发明提供的制备方法工艺简单，操作简单，采用的制备原料
来源广且价格低生产成本低，绿色环保，适宜工业化生产。如实施例测试结果所示，本发明制备的铁盐负载电气石催化剂在80～240min内对磺胺嘧啶的降解率在90％以上，说明，本发明制备的铁盐负载电气石催化剂对有机污染物的催化效率高，催化活性高。
具体实施方式
16.本发明提供了一种铁盐负载电气石催化剂的制备方法，包括以下步骤：将电气石与铁盐混合，进行煅烧，得到铁盐负载电气石催化剂。
17.如无特殊说明，本发明采用的原料均为市售商品。
18.在本发明中，所述电气石与铁盐的质量比优选为1：0.1～1，更优选为1：0.2～0.9，进一步优选为1：0.4～0.8。在本发明中，所述电气石的粒径优选为5000～20000目，更优选为5000～15000目，进一步优选为5000～10000目。在本发明中，所述铁盐优选包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁和柠檬酸铁中的一种或几种。
19.在本发明中，所述混合优选为研磨混合，本发明对于所述研磨混合没有特殊限定，能够将原料混合均匀即可。
20.在本发明中，所述煅烧优选包括升温阶段和保温阶段，所述升温阶段的升温速率优选为2.5～5.5℃/min，更优选为2.5～4.5℃/min，进一步优选为2.5～3.5℃/min，所述升温阶段的起始温度优选为室温；所述保温阶段的温度优选为500～800℃，更优选为500～700℃，进一步优选为500～600℃，所述保温阶段的保温时间优选为1～3h，更优选为1～2h；所述煅烧的气氛优选为空气；所述煅烧优选在马弗炉中进行。
21.所述煅烧后，本发明优选还包括将所得煅烧产物冷却至室温，然后分散于洗涤剂中混洗，固液分离，将所得固体产物进行干燥，得到铁盐负载电气石催化剂。本发明对于所述冷却没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式冷却至室温即可，具体如自然冷却。在本发明中，所述洗涤剂优选包括水、乙醇、四氢呋喃和盐酸水溶液中的一种或几种；所述水优选包括去离子水；所述盐酸水溶液的浓度优选为1～5％，更优选为2～3％；所述混洗的次数优选为3～5次，更优选为3～4次。在本发明中，所述固液分离偶选为离心分离，所述离心分离的转速优选为5000～8000r/min，更优选为7000～8000r/min；所述离心分离的时间优选为5～20min，更优选为10～15min在本发明中，所述干燥的温度优选为100～150℃，更优选为100～120℃，本发明对于所述干燥的时间没有特殊现限定，干燥至恒重即可。
22.本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的铁盐负载电气石催化剂。
23.本发明还提供了上述技术方案所述的铁盐负载电气石催化剂在光催化降解有机污染物中的应用。在本发明中，所述有机污染物优选包括抗生素，所述抗生素优选包括磺胺类抗生素、四环素类抗生素和喹诺酮类抗生素中的一种或几种；所述磺胺类抗生素优选包括磺胺嘧啶(sd)和/或磺胺喹恶啉；所述四环素类抗生素优选包括盐酸四环素；所述喹诺酮类抗生素优选包括氧氟沙星和/或环丙沙星。在本发明中，所述光催化降解优选在过氧化氢存在条件下进行。在本发明中，所述铁盐负载电气石催化剂与有机污染物的摩尔比优选为1：500～4000，更优选为1：2000～2500。在本发明中，所述铁盐负载电气石催化剂的质量和有机污染物的物质的量之比优选为1g：0.01～1mol，更优选为1g:0.05mol。
24.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.将5.0g10000目的电气石和3.6g硝酸铁混合均匀，在研钵中研磨均匀，将所得混合物放入坩埚中，盖上坩埚盖后，放入马弗炉中，以2.5℃的升温速率升温至500℃后保温煅烧1h，自然冷却后取出，用甲醇洗涤3次，得到铁盐负载电气石催化剂。
27.实施例2
28.将5.0g20000目的电气石和2.4g氯化铁混合均匀，在研钵中研磨均匀，将所得混合物放入坩埚中，盖上坩埚盖后，放入马弗炉中，以4.5℃的升温速率升温至700℃后保温煅烧2h，自然冷却后取出，用去离子水洗涤3次，得到铁盐负载电气石催化剂。
29.实施例3
30.将5.0g20000目的电气石和3.58g硫酸铁混合均匀，在研钵中研磨均匀，将所得混合物放入坩埚中，盖上坩埚盖后，放入马弗炉中，以3.5℃的升温速率升温至600℃后保温煅烧1h，自然冷却后取出，用浓度为3％的盐酸水溶液洗涤3次，得到铁盐负载电气石催化剂。
31.实施例4
32.将5.0g5000目的电气石和2.46g柠檬酸铁混合均匀，在研钵中研磨均匀，将所得混合物放入坩埚中，盖上坩埚盖后，放入马弗炉中，以2.5℃的升温速率升温至500℃后保温煅烧1h，自然冷却后取出，用浓度为5％的盐酸水溶液洗涤3次，得到铁盐负载电气石催化剂。
33.测试例1
34.采用美国q-lab公司的q-sunⅲ型光催化反应系统评价铁盐负载电气石催化剂的性能评价实施例1～3制备的铁盐负载电气石催化剂降解磺胺嘧啶(sd)的性能。
35.以20ml磺胺嘧啶-过氧化氢的混合水溶液(磺胺嘧啶浓度为0.02mmol/l，过氧化氢浓度为5mmol/l)作为目标污染物，分别加入实施例1～3制备的铁盐负载电气石催化剂4mg，在模拟太阳光照射下进行降解反应。
36.实施例1制备的铁盐负载电气石催化剂在反应180min时sd的降解率在90％以上。实施例2制备的铁盐负载电气石催化剂在反应240min时sd的降解率在90％以上。实施例3制备的铁盐负载电气石催化剂在反应100min时sd的降解率在90％以上。实施例4制备的铁盐负载电气石催化剂在反应80min时sd的降解率在90％以上。说明，本发明制备的铁盐负载电气石催化剂的催化效率高，催化活性高。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种铁盐负载电气石催化剂的制备方法，包括以下步骤：将电气石与铁盐混合，进行煅烧，得到铁盐负载电气石催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电气石与铁盐的质量比为1：0.1～1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述电气石的粒径为5000～20000目。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁和柠檬酸铁中的一种或几种。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧包括升温阶段和保温阶段，所述升温阶段的升温速率为2.5～5.5℃/min；所述保温阶段的温度为500～800℃，保温时间为1～3h；所述煅烧的气氛为空气。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧后还包括：所得煅烧产物冷却至室温，然后分散于洗涤剂中混洗，固液分离，将所得固体产物进行干燥。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤剂包括水、乙醇、四氢呋喃和盐酸水溶液中的一种或几种。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100～150℃。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的铁盐负载电气石催化剂。10.权利要求9所述的铁盐负载电气石催化剂在光催化降解有机污染物中的应用。

技术总结
本发明提供了一种铁盐负载电气石催化剂及其制备方法和应用，涉及催化剂技术领域。本发明以电气石与铁盐为原料经煅烧制备铁盐负载电气石催化剂，电气石是一种储量丰富的天然硅酸盐矿物，其存在永久自极化效应，在可见光照射下，能够为铁盐中的铁离子提供电子，加速Fe


技术研发人员：竺哲欣 王刚强 沈振宇 吕汪洋 姚玉元
受保护的技术使用者：浙江理工大学上虞工业技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15