Page 188 - 《精细化工》2021年第10期

·2118· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

需要高昂的设备购置费以及大量的电耗，经济高效 UV-1800 紫外-可见分光光度计，上海美谱达仪
[4]
的非均相材料催化方法逐渐涌现出来 。 器有限公司；X130W/TMP 扫描电子显微镜，荷兰
近年来，研究人员发现金属（Fe、Cu、Co、Mn PHILIPS 公司；GENESIS 能谱仪，美国 EDAX 公司；
[5]
等）氧化物拥有显著的催化性能和良好的稳定性 。 SMART APEX Ⅱ型 X 射线单晶衍射仪，德国布鲁
[6]
TAN 等 制备的磁性 Fe 3 O 4 具有良好的催化过一硫 克 AXS 公司；ICP-OES 电感耦合等离子体发射光谱
酸盐性能，但经历 3 次循环后对对乙酰氨基酚 仪，美国 Perkin Elmer 公司；TU-1901 双光束紫外-
（APAP）的降解率由 74.7%骤降至 35.7%，大量 Fe 3+ 可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；
[7]
的浸出降低了材料的稳定性能。ZHANG 等 采用沉 7404 型振动样品磁强计，美国 LakeShore 公司。
淀法制备了纳米 Co 3 O 4 ，钴氧体被认为是效果最好 1.2 纳米 c-CuFe 2 O 4 的制备
3+
的催化材料之一，但同时 Co 的流失会对人类和自 在柠檬酸辅助下通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法
然环境产生毒害作用。铁酸铜（c-CuFe 2 O 4 ）是具有 制备 c-CuFe 2O 4，取 2.416 g Cu(NO 3) 2•3H 2O、8.08 g
2+
[8]
尖晶石结构的磁性铜铁氧体 。相比单金属催化剂， Fe(NO 3) 3•9H 2 O、7.355 g 一水合柠檬酸，使 n(Cu )∶
3+
[9]
双金属尖晶石氧化物具有较少的离子溶出 和良好 n(Fe )= 1∶2。将 Cu(NO 3 ) 2 •3H 2 O 和 Fe(NO 3 ) 3 •9H 2 O
的磁性能，优异的重复使用性能 [10] 。Fe、Cu 元素是 加入到 100 mL 去离子水中，在 60 ℃水浴搅拌 0.5 h
常见的金属元素，原材料获取便利，有研究发现， 后得溶液 A，将一水合柠檬酸溶于 50 mL 去离子水
通过溶胶 -凝胶 -自蔓 延燃烧法 [11] 可以高效制备 中得溶液 B，溶液 B 逐滴加入至溶液 A，持续搅拌
c-CuFe 2 O 4 ，相较于传统溶胶-凝胶法，自蔓延燃烧 0.5 h 后，将温度提高至 90 ℃，继续搅拌 5 h 至形
过程可以快速放热来制备化合物。相比碳材料的制 成棕褐色凝胶。将溶胶放至 120 ℃烘箱陈化 12 h，
备 [12] ，无需高温煅烧，经济节能。 凝胶自蔓延燃烧得黑色固体粉末（前驱体）。前驱体
本实验在柠檬酸辅助下用溶胶-凝胶-自蔓延燃 用去离子水和乙醇洗涤数次，烘干后再研磨可得到
烧法成功制备了尖晶石型 c-CuFe 2 O 4 ，柠檬酸起到增 黑色粉末，粉末装入坩埚后放入马弗炉中，分别在
强络合的作用而且提供了自蔓延燃烧的燃料，烘干 300、400、500、600 ℃下煅烧 4 h，等待其自然冷
老化过程中可以自动发生燃烧，无需手动引燃。对 却后取出，即可得到相应的 c-CuFe 2 O 4 材料，命名为
不同煅烧温度下 c-CuFe 2 O 4 的表面形貌和材料晶型 CuFe 2 O 4 -300 、 CuFe 2 O 4 -400 、 CuFe 2 O 4 -500 、
CuFe 2 O 4 -600。
变化进行了研究。此外，利用 c-CuFe 2 O 4 催化过硫
1.3 c-CuFe 2 O 4 /PDS 体系降解 RB5 实验
酸盐（PDS）降解活性黑 5（RB5），探索了 c-CuFe 2 O 4
投加量、初始 PDS 浓度、反应温度、初始 pH、常 取 100 mL 初始质量浓度为 100 mg/L 的 RB5（分
见无机阴离子和腐殖酸（HA）对降解实验的影响， 子式为 C 26 H 21 N 5 Na 4 O 19 S 6 ）染料废水，在 25 ℃水浴
下，依次加入一定质量的 PDS 和 c-CuFe 2 O 4 开始反
分析了反应动力学。通过自由基猝灭实验和光谱分
应，全程采用机械搅拌（四氟搅拌桨），反应总时间
析，对催化反应的位点和机理进行了分析。为探索
60 min。每隔 10 min 取 2 mL 水样，经过 0.45 μm 滤
c-CuFe 2 O 4 重复使用性能，在磁分离回收后进行循环
膜过滤后取其滤液，加入 2 mL 乙醇猝灭残余的自由
实验。本研究能够为 AOPs 体系处理难降解废水提
基，通过紫外-可见分光光度计在 591 nm 处测量其
供一定的参考价值。
吸光度，并以式（1）计算去除率。
1 实验部分 A  A
P /%  0 1  100 （1）
A
0
1.1 试剂与仪器 式中：P 为 RB5 的去除率，%；A 1 为反应后的吸光
Cu(NO 3) 2•3H 2O、Fe(NO 3 ) 3 •9H 2 O、一水合柠檬 度；A 0 为初始吸光度。
酸、NaCl、Na 2 CO 3 、苯酚，AR，国药集团化学试 1.4 c-CuFe 2 O 4 等温吸附实验
剂有限公司；NaNO 3 ，AR，核工业化验化工厂； 称取一定质量的 c-CuFe 2 O 4 ，分别加入 100 mL
NaHCO 3 ， AR ，天津 市 大茂化学 试剂厂； HA 质量浓度为 25、50、75、100、125、150 mg/L 的
（CAS:1415-93-6），AR，上海麦克林生化科技有限 RB5 溶液，在温度为 25、35、45 ℃下恒温振荡 1 h
公司；过硫酸钠、叔丁醇、无水乙醇、H 2 SO 4 、NaOH， 后测定溶液中的 RB5 浓度，c-CuFe 2 O 4 的吸附量按
AR ， 西陇科 学股 份有 限公 司； RB5 （ CAS: 式（2）计算：
17095-24-8），AR，广东翁江化学试剂有限公司。溶  0   e
液采用去离子水进行配制，初始 pH 调节使用 1 mol/L q  W  V （2）

的 NaOH 和 0.5 mol/L H 2 SO 4 溶液。 式中：q 为 1 h 后 c-CuFe 2 O 4 对 RB5 的平衡吸附量，