La1-XSrXFeO3催化剂的制备及其催化氧化孔雀石绿性能分析

东北石油大学学报第４３卷第５期２０１９年１０月JOURNALOFNORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYVol．４３No．５Oct．２０１９收稿日期:２０１９０４１９;编辑:陆雅玲基金项目:大学生创新创业训练计划项目(２０１８１０２２００５３)作者简介:陈平(１９７９－),男,硕士,副教授,主要从事工业废水处理方面的研究.DOI１０．３９６９/j．issn．２０９５－４１０７．２０１９．０５．０１０La１－XSrXFeO３催化剂的制备及其催化氧化孔雀石绿性能分析陈平,王瑶,倪龙琦(东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆１６３３１８)摘要:为提高非均相类芬顿催化剂活性,采用柠檬酸溶胶凝胶法制备La１－XSrXFeO３催化剂,利用类芬顿催化氧化处理孔雀石绿模拟废水;考察络合剂投加量、凝胶温度、Sr掺杂量、煅烧温度、pH及H２O２投加量等因素对孔雀石绿降解效果的影响,采用XPS、XRD分析法对催化剂进行表征.结果表明:Sr的掺杂量X为０．４、金属离子与络合剂摩尔比为１∶３、水浴凝胶温度为８０℃、煅烧温度为６００℃时,制得的催化剂性能最好;最佳反应条件为pH＝７,催化剂投加量为０．０５g,H２O２投加量为０．４mL,反应５min,孔雀石绿去除率超过９０．００％,反应１０min为９７．９２％.改性后催化剂结构未发生变化,但是晶体比表面积变大,晶体中活泼氧原子增加.制备的催化剂５次重复使用仍具有良好的催化活性.该结果可以缩短反应时间及提高废水处理效果.关键词:高级氧化技术;类芬顿反应;溶胶凝胶法;钙钛矿;氧化物;孔雀石绿中图分类号:TQ６２４文献标识码:A文章编号:２０９５４１０７(２０１９)０５００９５０７０引言水环境污染越来越严重,水中污染物的种类越来越多,难降解物质也越来越多[１－３].人们对芬顿法氧化降解难降解有机物进行研究.芬顿氧化法是通过Fe２＋与H２O２反应生成具有强氧化能力的１实验１．１仪器及试剂(１)主要仪器.HJ６多头磁力加热搅拌器、JJ１B恒速电动搅拌器、DK９８１型电热恒温水浴锅、TDL８０２B台式离心机、７２２E型可见分光光度计、SX２４１０型箱式电阻炉、１０１１型电热鼓风干燥箱.(２)主要试剂.柠檬酸、硝酸镧、硝酸锶、硝酸铁、孔雀石绿、体积分数为３０％的过氧化氢,以上药品为分析纯,以及体积分数为５％的硫酸、浓度为０．１mol/L的氢氧化钠.(３)实验用水.利用电子天平称取５０mg孔雀石绿,并用少量蒸馏水溶解,导入１L容量瓶并进行定容,配制质量浓度为５０mg/L的孔雀石绿模拟废水.１．２方法(１)La１－XSrXFeO３催化剂的制备.取柠檬酸作为络合剂,按化学计量比称取一定质量的硝酸锶、硝酸铁、硝酸镧、柠檬酸,分别放入烧杯,用蒸馏水溶解.将硝酸盐溶液分别缓缓倒入柠檬酸溶液,并不断搅拌形成混合液,进行水浴加热直至形成凝胶.凝胶放入干燥箱进行干燥形成前驱体,再经过马弗炉煅烧后得到催化剂[１４].(２)类芬顿实验.在室温１５℃条件下,取５０mL孔雀石绿模拟废水倒入锥形瓶,加入制备的催化剂.将锥形瓶置于磁力加热搅拌器上搅拌３０min,待催化剂分散均匀后加入０．２~０．６mLH２O２,每隔５min取８mL反应后的模拟废水,经过离心后取上层清液测其吸光度,计算孔雀石绿去除率.１．３分析方法取质量浓度从１mg/L至１５mg/L的孔雀石绿模拟废水,在波长为６２０nm处,采用可见光分光光度计测定吸光度,绘制孔雀石绿模拟废水质量浓度标准曲线为y＝０．１５３１x,(１)式中:x为孔雀石绿模拟废水质量浓度;y为不同质量浓度的吸光度.孔雀石绿去除率η计算公式为η＝C０－CAC０×１００％,(２)式中:C０与CA分别为初始时刻及反应后的孔雀石绿质量浓度.２结果与讨论２．１凝胶温度对处理效果的影响水浴加热可加快溶液的成胶速度,缩短凝胶的形成时间.暂定硝酸锶与硝酸镧摩尔比为２∶８,金属离子与络合剂摩尔比为１∶３,水浴凝胶温度分别为７０、８０、９０、１００℃,每间隔５min取出８mL反应后的模拟废水,经离心后测定吸光度,计算孔雀石绿去除率,结果见图１.由图１可知,水浴凝胶温度对催化剂的催化性能有较大影响.孔雀石绿去除率随凝胶温度的升高先增大后减小,在温度为８０℃时达到最佳效果,反应１５min,孔雀石绿去除率达到９６．００％.这是因为络合过程中的缩聚反应需要一定能量才能进行,当凝胶温度过低时,反应体系能量不足影响缩聚反应及络合反应.当凝胶温度过高时,溶液中水分蒸发过快,用于凝胶的时间减少,低于所需最少时间.过少的凝胶时间导致络合反应未进行完全[１５].当凝胶温度为８０℃时,同等条件下制备的催化剂效果最好.凝胶时间为tg＝１C０k(f２－２f),(３)式中:tg为凝胶时间;k为平均缩合反应速率;f为反应官能度.２．２Sr掺杂量对处理