磁性钴催化剂催化Oxone降解罗丹明B染料废水的方法技术领域
本发明属于有机废水的催化降解技术领域，具体涉及一种磁性钴催化剂催化Oxone降解罗丹明B染料废水的方法。
背景技术
罗丹明B是以氧杂蒽为母体的荧光染料，因其具有非选择性的着色力和不易褪色的特点而被广泛应用于食品染色、荧光标记和染料着色等方面。但随后的毒理学研究表明：罗丹明B具有潜在的致癌和致突变性，现已被我国禁止再作为食品添加剂使用。罗丹明B染料废水也是典型的难生物降解有机废水之一，采用常规的生物处理去除效果不够理想。
Oxone(2KHSO5·KHSO4·K2SO4)为过氧硫酸氢钾复合盐的商品名称，其活性物质为单过氧硫酸氢钾KHSO5。由于一个SO3?取代HOOH形成不对称过氧化物的独特结构，使其易于激发而产生大量的硫酸根自由基（SO4·-）。Oxone/Co2+是一种类似于Fenton试剂的氧化体系，过渡金属Co2+能催化Oxone产生大量活泼的、氧化能力强且无选择性的SO4·-自由基，将水体中的有机污染物质彻底氧化为CO2、H2O和无机盐。该技术因处理效率高，尤其在难生物降解污染物的去除中具有优良的表现，使其一直成为人们关注的研究热点。
Oxone/Co2+氧化体系中常采用水溶性的硫酸钴作为催化剂，硫酸钴将电离成Co2+存在于水溶液中，反应过程中Co2+作为催化剂能够促使SO4·-自由基的大量生成，从而保证氧化反应的顺利进行。可溶性的钴盐会在反应结束后随水排放，但是钴属于重金属元素，能在生物体内富集，可以通过食物链在人体中蓄积，因此对生态环境和人类健康具有潜在的危害作用。实验研究发现：Oxone/Co2+氧化体系对处理废水时的pH值无要求，大多数情况下对中性废水的处理效果更佳。因此为了避免可溶性重金属钴的污染以及催化剂便于回收，在本发明中，以硫酸亚铁、三氯化铁和硫酸钴为原材料制备出了在中性和碱性环境下不易溶出钴且易于回收的磁性钴催化剂，并将该磁性钴催化剂与Oxone组成氧化体系用于高效降解罗丹明B染料废水。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种磁性钴催化剂催化Oxone降解罗丹明B染料废水的方法，磁性钴催化剂与Oxone组成的氧化体系不仅能够有效降解罗丹明B染料废水，而且磁性钴催化剂能够利用磁性进行回收再利用，进而有效避免对环境造成的二次污染。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，磁性钴催化剂催化Oxone降解罗丹明B染料废水的方法，其特征在于具体步骤为：（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和1.2871gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将上述混合溶液混合均匀后置于水浴中加热到60℃，然后用胶头滴管滴加到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体在超声波频率为20KHz的条件下于60℃超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为98.1%。
本发明制得的磁性钴催化剂的磁性随着钴质量百分含量的增加而减小，当钴质量百分含量大于18%时，制得的钴催化剂的磁性消失；磁性钴催化剂在中性和碱性环境下具有较好的不溶性；从制得的磁性钴催化剂的磁性和对罗丹明B染料废水的降解效果来看，磁性钴催化剂中钴的质量百分含量为7%时催化降解效果最佳。磁性钴催化剂能够高效催化Oxone降解质量浓度≥25mg·L-1的罗丹明B染料废水，具有吸收催化性强、性能稳定、无毒和高效低廉等优点，能够应用于难生物降解有机污染物的降解，具有较强的市场应用前景。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该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实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和1.2871gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.005g钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min几乎无降解，降解效率几乎为0%。
实施例2
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO?7H2O和0.4886gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为3%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为3%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为88.23%。。
实施例3
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和0.8636gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为5%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为5%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为97.23%。
实施例4
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和1.2871gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为7%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为98.1%。
实施例5
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和1.7615gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为9%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为9%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为84.88%。
实施例6
（1）取2.7029gFeCl3?6H2O、2.7801gFeSO4?7H2O和2.312gCoSO4?7H2O溶于20mL去离子水中，待溶解完全得到橙红色混合溶液；（2）将混匀的混合溶液置于水浴中缓慢加热到60℃，然后用胶头滴管逐滴加入到45mL摩尔浓度为3mol·L-1的氨水溶液中，反应中有黑色固体产生，反应结束后得到含有大量黑色固体的浑浊液体；（3）将含有大量黑色固体的浑浊液体放入到已经恒温为60℃的超声波，在频率为20KHz、100W的条件下超声30min；（4）取出含有大量黑色固体的浑浊液，冷却至室温，用去离子水冲洗至中性，然后风干得到钴质量百分含量为11%的磁性钴催化剂；（5）室温条件下，将0.9mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g钴质量百分含量为11%的磁性钴催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为25mg·L-1的罗丹明B染料废水中26min降解效率为79.03%。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。