一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法及其应用

本发明涉及一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿(α-mexfe2-xo3)材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、赤铁矿(α-fe2o3)作为一种最稳定的铁氧化物材料在水处理高级氧化过程中(催化臭氧氧化、类芬顿氧化、光催化氧化及催化过硫酸盐氧化等)被广泛应用。以硫酸根自由基(so4·-)为主导的高级氧化技术因so4·-的强氧化性被广泛研究。通常赤铁矿(α-fe2o3)作为催化剂活化过一硫酸盐(pms)的效能较低，因此有待进一步提升。氧空位(ovs)是一种阴离子缺陷，是特定条件下晶格氧的分离在氧化物表面产生较低的结合能形成的。ovs可以改变材料的结构及其表面的化学性质，直接影响其离子/电子特性、晶体结构、传输特性以及反应物和反应中间体的吸收/解吸。ovs能有效捕获电荷载体，作为电子转移站，可以加速电子或空穴的电荷转移速率，降低了反应的能量屏障，从而显示出优异的催化活性和稳定性。基于此，ovs的引入能够有效提高金属氧化物活化pms分解产生so4·-的效能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决金属氧化物活化pms降解水中污染物去除率低的问题，提供了一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿(α-mexfe2-xo3)材料的制备方法及其应用。

2、本发明一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法按以下步骤进行：一、将无机二价金属盐和无机铁盐溶于去离子水中，搅拌调节ph，得到溶液a；其中无机二价金属盐和无机铁盐的摩尔比例为0.005～0.5:1；二、将溶液a进行活化，沉淀，过滤，烘干，得到前驱体；三、将前驱体转移至马弗炉内，在300℃～1000℃下煅烧，冷却，取出后研磨，得到富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料。

3、本发明一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿(α-mexfe2-xo3)材料在活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用。

4、本发明通过同晶取代的技术合成富含氧空位的金属掺杂的赤铁矿(α-mexfe2-xo3)以活化过硫酸盐产生可降解污染物活性氧物质(ros)。同晶取代是指粘土矿物晶架结构中原子被另外一个大小相近、典型相同的离子代替，但不破坏晶架结构的现象，一般发生在大小相近、电性相同原子之间。在合成过程中因二价离子的介入，使材料表面产生氧空位并暴露出更多路易斯酸位。氧空位与路易斯酸位与hso5-形成表面络合物，通过其内部电子传递产生ros(so4·-，·oh，o2·-，1o2，so5·-)，ros攻击污染物最终将污染物转化成小分子物质。在反应过程中金属离子me(ⅱ)/me(ⅲ)，fe(ⅱ)/fe(ⅲ)之间的循环使得α-mexfe2-xo3在多次循环使用后任保持优越的催化效能。

5、本发明具备以下有益效果：

6、本发明合成的α-mexfe2-xo3材料因富含ovs，其活性位点增多，且双金属离子的协同作用也进一步提高了催化效能，合成α-mexfe2-xo3材料催化性能较好，在较低α-ni0.2fe1.8o3及pms投量下，acf在20min内能够达到100％的去除率。多次循环使用过程中仍具有较高的催化活性，5次循环使用后对醋氯芬酸的去除率仍高达82％，易于分离和回收，储存运输方便等优点。

技术特征：

1.一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：一、将无机二价金属盐和无机铁盐溶于去离子水中，搅拌调节ph，得到溶液a；其中无机二价金属盐和无机铁盐的摩尔比例为0.005～0.5:1；二、将溶液a进行活化，沉淀，过滤，烘干，得到前驱体；三、将前驱体转移至马弗炉内，在300℃～1000℃下煅烧，冷却，取出后研磨，得到富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料。

2.根据权利要求1所述的一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法，其特征在于二价金属为zn2+、co2+、mn2+、ni2+、mg2+、cu2+或ca2+。

3.根据权利要求1所述的一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法，其特征在于，步骤一调节ph为8.0～12.0。

4.根据权利要求1所述的一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法，其特征在于，步骤二中的活化温度为40℃～85℃，活化时间为24h～120h。

5.根据权利要求1所述的一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法，其特征在于，步骤二中的烘干温度为40℃～105℃。

6.如权利要求1制备得到的一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料在活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，富含氧空位型α-mexfe2-xo3材料在活化过硫酸盐降解水中污染物中的应用方法为：a、向含有污染物的水体中添加α-mexfe2-xo3材料，利用磁力搅拌的方式混合均匀，得到混合液；

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，α-mexfe2-xo3的投量为5.0mg/l～2000mg/l。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，利用0.1～1.0mol/lnaoh或0.1～1.0molmol/lhno3溶液调节催化反应体系的ph值。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤c中烘干温度为40℃～85℃。

技术总结
一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法及其应用，本发明涉及一种富含氧空位型金属掺杂的赤铁矿材料的制备方法及其应用。本发明为了解决金属氧化物活化PMS降解水中污染物去除率低的问题，本发明合成的α‑Me<subgt;x</subgt;Fe<subgt;2‑x</subgt;O<subgt;3</subgt;材料因富含OVs，其活性位点增多，且双金属离子的协同作用也进一步提高了催化效能，合成α‑Me<subgt;x</subgt;Fe<subgt;2‑x</subgt;O<subgt;3</subgt;材料催化性能较好，在较低α‑Ni<subgt;0.2</subgt;Fe<subgt;1.8</subgt;O<subgt;3</subgt;及PMS投量下，ACF在20min内能够达到100％的去除率。多次循环使用过程中仍具有较高的催化活性，5次循环使用后对醋氯芬酸的去除率仍高达82％，本发明应用于水处理技术领域。

技术研发人员：闫鹏魏,左进香,王舒煜,陈忠林,沈吉敏,康晶,王斌远,程艺真,祝鑫炜,沈琳璐,赵晟锌,佘天好,李亚斌,谭强,李馨睿,李朗宁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13