申请日2015.06.25
公开(公告)日2015.09.16
IPC分类号C02F1/00; B01J23/28
摘要
本发明公开了一种降解废水中亚甲基蓝染料的催化剂组合物及其制备方法和应用。该催化剂组合物包括复合氧化物，所述复合氧化物的通式为Na2O·V2O5·MoO3，是以钠盐、五氧化二钒、钼酸盐和双氧水为原料，在低温下搅拌溶解，加热到60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥、煅烧后获得。制备的复合氧化物在常温常压，无需氧化剂，也无需光照射下就能有效地降解废水中的亚甲基蓝染料，具有制备简单快速，降解有机污染物速度快且效果显著，处理成本低，不产生二次污染等优点。
权利要求书
1.一种降解废水中亚甲基蓝染料的催化剂组合物，其包括复合氧化物，其特征 在于：所述复合氧化物的通式为Na2O·V2O5·MoO3。
2.一种降解废水中亚甲基蓝染料废水的复合氧化物的制备方法，其特征在于该 方法包括如下步骤：以钠盐、五氧化二钒、钼酸盐和双氧水为原料，在小于5℃的低 温下混合并搅拌至溶解，加热至60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥，将所得沉淀经 煅烧后获得通式为Na2O·V2O5·MoO3的复合氧化物粉体。
3.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的钠盐中的钠、五氧化二钒、钼酸盐中的钼的摩尔比为2：1：1;所 述的双氧水的质量分数为10%。
4.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的钠盐选自如下的一种或多种：氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸 钠、硫酸氢钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、甲酸钠、醋酸钠、柠檬 酸钠。
5.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的钼酸盐为钼酸铵或/和钼酸钠。
6.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的原料在冰水浴中搅拌溶解。
7.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述溶解后的原料在60℃水浴恒温加热下保温反应。
8.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的干燥步骤是在沸水浴蒸发干燥。
9.根据权利要求2所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其 特征在于：所述的煅烧步骤是将干燥的沉淀放入马弗炉中在400℃～900℃温度下煅烧 6-8小时。
10.一种利用权利要求1所述催化剂组合物降解亚甲基蓝染料废水的方法，其 特征在于：包括按0.5～4.0g/L废水的比例加入催化剂组合物，在搅拌下处理5-30分 钟。
说明书
降解废水中亚甲基蓝染料的催化剂组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于无机功能材料制备技术领域，涉及一种降解废水中亚甲基蓝染料的催 化剂组合物，尤其涉及一种可降解亚甲基蓝染料废水的复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3催化剂及制备方法和应用。
背景技术
目前有机染料废水已经成为主要的水体污染源之一。该废水具有水量大、浓度高、 成分复杂、色度深和难降解等特点。大多数染料还具有毒性、致癌性、致畸和致突变 的作用。亚甲基蓝是一种重要的有机化学合成阳离子染料，工业应用非常广泛。例如， 可应用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，应用于生物、细菌组织的染色 以及应用于制造墨水和色淀等。亚甲基蓝在工业上的广泛应用也将导致含亚甲基蓝染 料废水对水体的严重污染。目前有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、高 级氧化技术、光催化法、吸附法及膜分离法等。生物法受pH值、温度、盐份和染料 种类等因素的影响，使得生物法处理的效果不够理想。混凝法的运行费用较高，泥渣 量大而且脱水困难，适用的pH值范围窄。一些氧化技术成本高，处理过程中容易引 入杂质造成二次污染。光催化法需要光源照射体系，在实际应用中受天气影响大。吸 附法易受水中的悬浮物和油脂等影响，而且吸附剂用量大和费用高。膜分离法分为电 渗析法、反渗透法、纳滤法和超滤法等，其中电渗析法、反渗透法、纳滤法的优点是 染料去除率高，能回收废水中的染料，工艺简单，但是所用膜的成本较高，操作压力 较大，造成膜法的能耗偏高，影响了其工业化应用。传统的超滤法由于膜孔径较大， 难以去除低分子量的有机污染物。因此，开发一种简单而且高效处理亚甲基蓝染料废 水的催化剂具有重要的意义。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题， 提供一种降解废水中亚甲基蓝染料的催化剂组合物及其制备方法和应用，从而用来简 单、高效的处理亚甲基蓝废水。
为了实现上述目的，本发明人通过大量试验研究并摸索后获得了如下技术方案：
一种降解废水中亚甲基蓝染料的催化剂组合物，其包括复合氧化物，所述复合氧 化物的通式为Na2O·V2O5·MoO3。
一种降解废水中亚甲基蓝染料废水的复合氧化物的制备方法，该方法包括如下步 骤：以钠盐、五氧化二钒、钼酸盐和双氧水为原料，在小于5℃的低温下混合并搅拌 至溶解，加热至60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥，将所得沉淀经煅烧后获得通式为 Na2O·V2O5·MoO3的复合氧化物粉体。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的钠盐中的钠、五氧化二钒、钼酸盐中的钼的摩尔比为2：1：1;所述的双氧水的质 量分数为10%。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的钠盐选自如下的一种或多种：氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硫酸氢钠、硝 酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、甲酸钠、醋酸钠、柠檬酸钠。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的钼酸盐为钼酸铵或/和钼酸钠。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的原料在冰水浴中搅拌溶解。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 溶解后的原料在60℃水浴恒温加热下保温反应。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的干燥步骤是在沸水浴蒸发干燥。
优选地，如上所述降解废水中亚甲基蓝染料的复合氧化物的制备方法，其中所述 的煅烧步骤是将干燥的沉淀放入马弗炉中在400℃～900℃温度下煅烧6-8小时。
本发明的复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3催化剂应用于亚甲基蓝废水的处理方法 是：以复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3为催化剂，降解反应条件为：亚甲基蓝浓度在 1mg/L～90mg/L范围，处理每升亚甲基蓝废水的催化剂用量为0.5～4g。溶液体系处于 常温常压状态。当亚甲基蓝溶液体积为40mL，浓度为10mg/L时，在搅拌下加入催化 剂0.1g，，催化降解10分钟，亚甲基蓝的降解率达到90%以上。残余溶液颜色为无色。 将残余溶液替换为新的亚甲基蓝溶液后再进行催化剂再循环使用。结果表明，催化剂 在第二次循环、第三次循环使用中的亚甲基蓝染料的降解率都达到90.0%以上。
因此，本发明还利用上述催化剂组合物提供了一种降解亚甲基蓝染料废水的方 法，该方法包括按0.5～4.0g/L废水的比例加入催化剂组合物，在搅拌下处理5-30分钟。
本发明在常温常压，无需氧化剂，也无需光照射下就能有效处理亚甲基蓝染料废 水。具有催化降解速度快而且效率高，工艺流程简单，无二次污染产生，并且运行费 用低等特点，有很高的实际应用价值。
与现有技术相比，本发明涉及处理亚甲基蓝染料废水的方法具有如下显著的优点 和显著的进步：
(1)本发明的催化剂制备方法简单。
(2)本发明的催化剂活性高，能在较短的时间内快速而且高效降解污染物。
(3)本发明的废水处理方法在常温常压下即可进行，工艺流程简单和成本低。
(4)本发明的废水处理方法无需使用氧化剂，也不需要采用任何光源照射降解 体系。
(5)本发明的催化剂可重复使用多次。
具体实施方式
以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均 属于本发明的范围。
实施例1
称取1.81g五氧化二钒(0.01mol)于烧杯中，将它在冰水浴条件下加入40ml的 10%的双氧水，然后加入1.06g无水碳酸钠(0.01mol)和1.77g四水合钼酸铵 (0.0014mol)，搅拌至其完全溶解后，加热至60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥，将 沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为400℃,煅烧时间为7h。
取0.1克按上述方法制备得到的复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3催化剂加入体积为 40mL、浓度为10mg/L的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲基 蓝10分钟。然后，在离心机上离心10分钟取上清液。采用分光光度计，在亚甲基蓝 最大吸收波长处(660nm)测量吸光度。按吸光度-浓度工作曲线换算成亚甲基蓝水 溶液的浓度。当降解时间为10分钟时，亚甲基蓝降解率为97.53%。
实施例2
称取1.81g五氧化二钒(0.01mol)于烧杯中，将它在冰水浴条件下加入40ml的 10%的双氧水，然后加入1.06g无水碳酸钠(0.01mol)和1.77g四水合钼酸铵 (0.0014mol)，搅拌至其完全溶解后，加热至60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥，将 沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为700℃,煅烧时间为7h。冷却后取出备用。
取0.1克按上述方法制备得到的复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3催化剂加入体积 为40mL、浓度为10mg/L的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲 基蓝10分钟。然后，在离心机上离心10分钟取上清液。采用分光光度计，在亚甲基 蓝最大吸收波长处(660nm)测量吸光度。按吸光度-浓度工作曲线换算成亚甲基蓝 水溶液的浓度。当降解时间为10分钟时，亚甲基蓝降解率为96.79%。
实施例3
称取1.81g五氧化二钒(0.01mol)于烧杯中，将它在冰水浴条件下加入40ml的 10%的双氧水，然后加入1.06g无水碳酸钠(0.01mol)和1.77g四水合钼酸铵 (0.0014mol)，搅拌至其完全溶解后，加热至60℃至无气泡产生，然后蒸发干燥，将 沉淀转移至马弗炉中煅烧。煅烧温度为900℃,煅烧时间为7h。冷却后取出备用。
取0.1克按上述方法制备得到的复合氧化物Na2O·V2O5·MoO3催化剂加入体积 为40mL、浓度为10mg/L的亚甲基蓝废水中，于常温常压在搅拌作用下催化降解亚甲 基蓝10分钟。然后，在离心机上离心10分钟取上清液。采用分光光度计，在亚甲基 蓝最大吸收波长处(660nm)测量吸光度。按吸光度-浓度工作曲线换算成亚甲基蓝 水溶液的浓度。当降解时间为10分钟时，亚甲基蓝降解率为93.12%。
