一種活化無機複合催化材料及其製備方法
2023-12-06 11:53:46 1
專利名稱：一種活化無機複合催化材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種降解脫色、淨化染料工業廢水的材料及其製備方法。
背景技術：
染料及印染廢水是一大類含有機致色基團有機物，治理難度大。它具有色度高，成分複雜，廢水排放具有間歇性，難生物降解等特點。有機成分大多是芳烴和雜環化合物，其中帶有各類顯色基團(-N＝N-，-N＝O等)以及極性基團(-SO3，-OH，-NH2)，還可能含有滷代物、苯胺、酚類及各種有機助劑。化學需氧量(COD)較高，而生化需氧量(BOD5)相對較低，可生化性較差。染料及印染廢水常採用過濾、中和法、吸附沉澱法、活性汙泥法、氧化法等常規方法。到目前為止，各種脫色方法從經濟性、技術性、實用性和對環境的影響都有一定的缺陷。常規的吸附脫色只吸附染料而不破壞其有機分子結構，因此，常規吸附只是一種汙染物的相轉移並產生二次汙染。目前常用的吸附劑吸附量小又不易再生。高級氧化法脫色效果好但價格昂貴限制了該技術的推廣應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種製備成本低、工藝簡單、原料價廉易得、可循環利用、催化降解脫色、淨化染料工業廢水的活化無機複合催化材料及其製備方法。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是一種活化無機複合催化材料，其特徵在於它由層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽原料混合粉碎過100um篩在200℃-700℃條件下活化焙燒1-4小時製得，各原料的質量百分比為層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-40、碳酸鈣20-60、二氧化矽5-20。
各原料的質量百分比最佳為層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-30、碳酸鈣40-50、二氧化矽5-11。
上述一種活化無機複合催化材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比為層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-40、碳酸鈣20-60、二氧化矽5-20選取層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在200℃-700℃條件下活化焙燒1-4小時；密封包裝得產品。
所述的最佳活化溫度為350℃。
本發明選用層狀矽酸鹽累託石主要是利用其層狀結構的吸附性和離子交換性及穩定的熱性能；羥鈣石、碳酸鈣中的鈣元素一方面與累託石層間孔道內表面的陽離子交換形成無機聚合物交聯，使累託石生成「層柱」結構，因而形成的孔和通道不易塌陷，這樣形成的無機聚合物-交聯累託石，其層間距d(001)由2.4nm增大到3.80nm，當加熱200℃-700℃時其結構穩定不變。另一方面，羥鈣石、碳酸鈣是一類化學活性高、表面氣孔率大的鹼性物質。表面鹼性基團的存在特別是羥基的存在不僅使羥鈣石、碳酸鈣具有很強的吸附能力，而且具有強氧化催化作用。
所述的層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽等，均為無毒易得，價格低廉，物理化學性質穩定，環境友好且可循環利用的無機非金屬礦物原料。使用中溫(200℃-700℃)焙燒增大了比表面積和孔隙率。可通過改變無機原料組分、粒度級配及活化溫度來調整材料孔結構、氣孔率、吸附與離子交換、氧化催化等特性。
本發明製備的一種活化無機複合催化材料具備高化學活性、優良的吸附性能和氧化催化作用，用於脫色離子型染料有機物，脫色率可達97.0％-99.9％。與常規吸附原理不同的是本發明製備的活化無機複合催化材料脫色是基於活化無機複合催化材料表面吸附染料顯色基團，同時被活化無機複合催化材料表面的羥基基團氧化催化，從而破壞染料有機物分子結構實現染料顯色基團的降解脫色。
製備的活化無機複合催化材料用於染料有機物工業廢水的降解脫色、淨化，特別是經適當處理可循環使用於離子型染料工業廢水的降解脫色、淨化。也可用於催化、吸附與食品過濾脫色。因而是一種高效率節約型環境友好新材料。
將活化無機複合催化材料用於染料工業廢水處理，將活化無機複合催化材料混入吸光度(色度)為0.20-3.00的染料工業廢水中，活化無機複合催化材料的加入量按活化無機複合催化材料∶染料工業廢水＝0.5-20g∶100ml加入，攪拌吸附、催化反應5-60min。飽和吸附的活化無機複合催化材料離心過濾脫水、烘乾、200℃-700℃下再活化焙燒0.5-4小時得到再生後的活化無機複合催化材料，回收率為88％-93％。本發明的活化無機複合催化材料兼備吸附與催化降解的特性，經適當活化處理後能修復無機複合催化材料的化學活性並可循環利用、降解脫色、淨化染料工業廢水；是一種高效率節約型環境友好新材料。
本發明的有益效果是製備成本低、工藝簡單、原料價廉易得、重複性好、物理化學性能穩定、可循環利用、降解脫色、淨化染料工業廢水。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
實施例1一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石10、羥鈣石36、碳酸鈣43、二氧化矽11；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在200℃條件下活化焙燒4小時；密封包裝得產品(活化無機複合催化材料)。
取2g(克)活化無機複合催化材料、100ml(毫升)吸光度為0.232的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.024、脫色率89.7％。
實施例2一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石15、羥鈣石31、碳酸鈣43、二氧化矽11
2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3取上述過篩混合物料在250℃條件下活化焙燒4小時；密封包裝得產品(活化無機複合催化材料)；取2g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為0.232的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.016、脫色率93.1％。
實施例3一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石26、碳酸鈣43、二氧化矽11；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在300℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取2g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為0.232的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.007、脫色率97.0％。
實施例4一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石26、羥鈣石26、碳酸鈣43、二氧化矽5；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取4g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為2.45的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.045、脫色率98.2％。
實施例5一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石23、羥鈣石26、碳酸鈣43、二氧化矽8；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取6g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為2.45的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.019、脫色率99.2％。
實施例6一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟
1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石30、羥鈣石26、碳酸鈣33、二氧化矽11；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取10g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為2.45的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.009、脫色率99.6％。
實施例7；一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石22、碳酸鈣50、二氧化矽8；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒4小時；密封包裝得產品。
取20g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為2.45的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.004、脫色率99.8％。
實施例8一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石20、碳酸鈣55、二氧化矽5；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取20g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為2.45的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間15min，離心後染料廢水吸光度0.003、脫色率99.9％。
實施例9一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石40、碳酸鈣30、二氧化矽10；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在350℃條件下活化焙燒3小時；密封包裝得產品。
取200g活化無機複合催化材料、2000ml吸光度為0.232的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間30min，離心後染料廢水吸光度0.008、脫色率96.55％。
實施例10
一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比，選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石15、碳酸鈣60、二氧化矽5；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在500℃條件下活化焙燒2小時；密封包裝得產品。
取0.5g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為0.20的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間5min，離心後染料廢水吸光度0.020、脫色率90.0％。
實施例11一種活化無機複合催化材料的製備方法，它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石20、羥鈣石40、碳酸鈣20、二氧化矽20；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在700℃條件下活化焙燒1小時；密封包裝得產品；取2g活化無機複合催化材料、100ml吸光度為0.26的偶氮染料工業廢水，將活化無機複合催化材料加入染料工業廢水中，攪拌轉速為50-200rpm，反應溫度為5-80℃，吸附時間30min，離心後染料廢水吸光度0.003、脫色率98.9％。
權利要求
1.一種活化無機複合催化材料，其特徵在於它由層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽原料混合粉碎過100um篩在200℃-700℃條件下活化焙燒1-4小時製得，各原料的質量百分比為層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-40、碳酸鈣20-60、二氧化矽5-20。
2.根據權利要求1所述的一種活化無機複合催化材料，其特徵在於各原料的質量百分比為層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-30、碳酸鈣40-50、二氧化矽5-11。
3.如權利要求1所述的一種活化無機複合催化材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)選配無機原料按質量百分比選取層狀矽酸鹽累託石10-30、羥鈣石15-40、碳酸鈣20-60、二氧化矽5-20；2)將層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽混合均勻並粉碎過篩100um，得粒徑小於或等於100um的過篩混合物料；3)取上述過篩混合物料在200℃-700℃條件下活化焙燒1-4小時；密封包裝得產品。
4.根據權利要求1所述的一種活化無機複合催化材料的製備方法，其特徵在於所述的活化溫度為350℃。
全文摘要
本發明涉及一種脫色淨化染料工業廢水的材料及其製備方法。一種活化無機複合催化材料，其特徵在於它由層狀矽酸鹽累託石、羥鈣石、碳酸鈣和二氧化矽原料混合粉碎過100μm篩在200℃－700℃條件下活化焙燒1－4小時製得，各原料的質量百分比為層狀矽酸鹽累託石10－30、羥鈣石15－40、碳酸鈣20－60、二氧化矽5－20。本發明的有益效果是製備成本低、工藝簡單、原料價廉易得、重複性好、物理化學性能穩定、可循環利用降解脫色淨化染料工業廢水。
文檔編號C02F1/42GK1903426SQ20061001996
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月10日 優先權日2006年8月10日
發明者雷紹民, 袁領群, 王程, 曲藝, 白春華 申請人:武漢理工大學