负载β-羟基氧化铁树脂的制备方法及其在光催化中的应用

摘要

本发明公开了一种负载β-羟基氧化铁树脂的制备方法及其在光催化中的应用，涉及水体处理技术，其制备方法是将阳离子交换树脂经处理后加入三氯化铁溶液中再向该溶液中滴加氢氧化钠溶液，β-羟基氧化铁逐渐沉积到树脂表面；过滤出树脂，洗至中性，晾干，得到负载β-羟基氧化铁树脂，作催化剂使用；将该催化剂和过氧化氢同时投加到含内分泌干扰物水体中，打开紫外灯并实施搅拌，可同步消除环境内分泌干扰物及其激素活性，净化水质。本发明无二次污染，反应后固相催化剂易于分离，不会引入新的杂质，工艺流程简单，在水体深度处理领域具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及水体处理技术，尤其涉及负载β-羟基氧化铁树脂催化剂的制备方法及其光催化应用，具体地说，涉及一种处理水体中有毒内分泌干扰物及去除其激素活性的催化剂。

背景技术

大多数内分泌干扰物是由人类活动引入环境的，但是天然内分泌干扰物，如(雌二酮、雌二醇、乙烯基雌二醇)也广泛存在于水环境中。内分泌干扰物可以模拟荷尔蒙活性来干扰水生生物进而对人类健康产生威胁。在地表水中，雌激素的浓度水平可以从pg/L-ng/L。雌二醇(E2)是众所周知的天然内分泌干扰物，在地下水中它的浓度可达6-66ng/L，内分泌活性远高于合成化合物。

目前有关内分泌干扰物的控制方法也是层出不穷，其中高级催化过程(AOPs)是消除内分泌干扰物非常有前景的技术之一。近年来，文献报道了高级催化过程消除激素活性的工作，如臭氧化法、氯化法、UV/H₂O₂/TiO₂光催化氧化法等，但是这些方法在氧化过程中产生的副产物仍然具有雌激素活性，对水生生物的危害不能完全去除，因此限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种负载β-羟基氧化铁树脂催化剂及应用该催化剂去除水体中内分泌干扰物及其激素活性，该催化剂制备方法简单且便于循环利用，该催化剂在较温和的条件下可以和过氧化以及紫外光构成非均相光助“芬顿”(Fenton)体系，该体系能够有效的去除水体中的有毒内分泌干扰物并消除其激素活性。

本发明的目的是这样实现的：

一种负载β-羟基氧化铁树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将阳离子交换树脂用1mol/L盐酸溶液浸渍12h，用去离子水洗至中性，过滤；其中：树脂与盐酸溶液的体积比为1∶10；

(2)将步骤(1)处理过的树脂用1mol/L氢氧化钠溶液浸渍12h，过滤，用去离子水洗至中性，在室温下自然晾干，待用；其中：树脂与氢氧化钠溶液的体积比为1∶10；

(3)将步骤(2)处理过的树脂加入质量分数为10％的三氯化铁溶液中，树脂与溶液的体积比为1∶5；

(4)向步骤(3)溶液中以10mL/h的速度缓慢滴加1mol/L氢氧化钠溶液，树脂与氢氧化钠体积比为1∶5，同时搅拌混合液，β-羟基氧化铁逐渐沉积到树脂表面；

(5)过滤出步骤(4)所得树脂，用去离子水和酒精洗至中性，常温下自然晾干，即得到负载β-羟基氧化铁树脂，该树脂作催化剂使用。

上述负载β-羟基氧化铁树脂在光催化中的应用：

将负载β-羟基氧化铁树脂催化剂和过氧化氢同时投加到含内分泌干扰物水体中，同时打开紫外灯并实施搅拌，即构成光助非均相“芬顿”(Fenton)处理体系，该体系可以同步消除环境内分泌干扰物及其激素活性，净化水体。

本发明具有下列优点和积极效果：

①负载β型羟基氧化铁树脂催化剂与过氧化氢以及紫外光构成的非均相光催化体系操作简便，该技术对水体中内分泌干扰物有很高的去除效果并能够消除其毒性，不产生二次污染，固相催化剂易于分离回收再利用，出水水质容易达标；

②工艺流程简单、催化剂的制备方法简便、成本低，有很好的实际应用前景。

具体实施方式

下面结合实例对本催化剂在处理水体中内分泌干扰物中的应用进行详细说明：

实施例

负载β-羟基氧化铁树脂的制备

选取10mL Sigma公司200作为目标树脂，首先用100mL 1mol/L盐酸浸渍树脂12h，用去离子水洗至中性后再浸渍到预先配好的100mL 1mol/L氢氧化钠溶液中，12h后用去离子水洗至中性，室温下晾干，待用。配制50mL质量分数为10％的三氯化铁溶液并移入250mL锥型瓶中，向瓶中加入用酸和碱洗过的待用树脂，在室温条件下，以10mL/h的速度向锥形瓶中缓慢滴入50mL1mol/L的氢氧化钠溶液并连续搅拌溶液，随着碱溶液的加入，溶液的pH值升高，铁逐渐以β-羟基氧化铁形态负载到树脂上，反应结束后，用去离子水和酒精连续洗涤树脂至中性并在常温下自然晾干，得到10mL载有β-羟基氧化铁树脂的催化剂，催化剂存放于聚乙烯瓶中，待用。

负载β-羟基氧化铁树脂在光催化中的应用：

选取雌二醇作为目标有毒有害内分泌干扰物，模拟受内分泌干扰物污染的水体。雌二醇的浓度为272μg/L，反应液体积为1L，将5g负载β-羟基氧化铁树脂的催化剂(质量浓度5g/L)和1mL质量浓度为30％的过氧化氢(摩尔浓度9.7mmol/L)投入到1L反应液中，同时打开紫外灯并实施搅拌，在室温下反应8h，雌二醇及其激素活性的去除率分别达到99.6％、94.5％。

(1)操作条件

雌二醇质量浓度：272μg/L；催化剂质量浓度：5g/L；反应液体积：1L；

过氧化氢摩尔质量浓度：9.7mmol/L；光照强度(液面中心位置)：0.3mW/cm²；

搅拌器搅拌速度：200rpm；反应温度：20℃。

(2)实验结果

雌二醇降解

  时间(小  时)  0  1  2  4  6  8  浓度(μ  g/L)  272  166  136  63.7  11.5  1.19

  时间(小  时)  0  1  2  4  6  8  降解率  (％)  0  38.9  50  76.6  95.8  99.6

雌激素活性去除

  时间(小  时)  0  1  2  4  6  8  激素活性  (unit)  1511  1465  1025  792  171  45  激素活性  去除率  (％)  0  3  32.1  47.6  88.7  94.5