亓淑艷，時振東，隋國超，馬倪娜，寧丞偉，邵文韜

尖晶石型鐵氧體CuFe2O4的制備及其Fenton反應(yīng)效能研究*

亓淑艷*，時振東，隋國超，馬倪娜，寧丞偉，邵文韜

（哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150080）

本文采用溶膠-凝膠法制備了不同煅燒溫度下的尖晶石型鐵氧體CuFe2O4系列樣品。利用XRD、SEM對樣品的結(jié)構(gòu)、形貌進行了表征。結(jié)果表明，煅燒溫度在800℃以上時，所合成的樣品均為單相尖晶石型鐵氧體CuFe2O4，樣品的形貌呈現(xiàn)球狀。在尖晶石型鐵氧體CuFe2O4體系中加入H2O2，利用Fenton反應(yīng)，能夠有效地降解亞甲基藍染料廢水。

鐵氧體；Fenton反應(yīng)；亞甲基藍

我國的工業(yè)化程度和各項技術(shù)水平的發(fā)展隨著時間的進行而慢慢地提高，由于工業(yè)的發(fā)展各種有機廢水的排放量教之以往明顯增多，隨之而來的問題是普通的方法難以降解的有機污染物種類也隨著工業(yè)的發(fā)展而增多。有機污染物一般都是毒性大、濃度高、色澤深，而且有機污染物的含鹽量高很難被普通的生物降解去除，形成這種結(jié)果的原因是這是有機污染物中含有苯類、酚類、蒽醌類及雜環(huán)類等不易被降解的污染物。而且工業(yè)廢水中所包含的這些有機污染物能導(dǎo)致生物發(fā)生各種病變，如何去除工業(yè)廢水中有機污染一直都是處理廢水中的難點，同時也成為了現(xiàn)在國內(nèi)外水污染治理急需解決的一大難題[1，2]。

鐵氧體[3]是一種具有良好的物理和化學(xué)性質(zhì)并且功能較多的半導(dǎo)體材料，鐵氧體在它的磁學(xué)性能、氣敏性能、吸附性能和光催化性能等方面均已得到研究與應(yīng)用[4-6]。Fenton氧化法[7]在處理難降解有機污染物時具有一般化學(xué)氧化法無法比擬的優(yōu)點，它是一種非常有應(yīng)用前景的處理的廢水方法并且已成功處理了多種工業(yè)廢水。H2O2由于其強氧化性可以處理多種廢水，但是因為H2O2的價格昂貴，在實際應(yīng)用中單獨使用往往成本太高，所以通常H2O2一般是和其他處理方法聯(lián)用，在廢水的預(yù)處理或最終深度處理的時候運用這種方法[8，9]。另外，可采用Fenton法深度處理一些經(jīng)過預(yù)處理后當水質(zhì)仍然不能滿足排放要求的在水中仍殘留少量的生物難降解有機物[10]。

所以本文在尖晶石型鐵氧體CuFe2O4體系中加入H2O2，利用Fenton反應(yīng)，以實現(xiàn)降解亞甲基藍染料廢水的目的。

1 實驗部分

1.1 樣品的制備

實驗過程中用的藥品Zn（NO3）2，F(xiàn)e（NO3）3，檸檬酸，NH3·H2O均為分析純。計算和稱量所需的藥品，將稱量好的藥品配制成1.0mol·L-1的溶液。量取實驗所需要量放入燒杯中。燒杯放置于50℃的水浴鍋中，滴加NH3·H2O控制溶液的pH值在中性的范圍。然后水浴90℃攪拌蒸干，得到樣品的凝膠。將膠狀物質(zhì)置于烘箱中烘干以便得干凝膠。將得到的干凝膠進行灰化。灰化過后的樣品在箱式電阻爐里850℃煅燒5 h，得黑色粉末樣品。

1.2 樣品的表征

用X射線分析方法測定樣品的物相。Y-500型X射線衍射儀（丹東）：CuKα靶，波長0.15418nm，掃描速度6°·min-1，步進角度0.1°，掃描范圍：10°～90°，管電壓30kV，管電流20mA。利用掃描MX2600FE型電子顯微鏡（Camscan公司，英國）觀測樣品的形貌。利用721型分光光度計（上海）測量樣品的吸光度進而分析其濃度的變化。

1.3 CuFe2O4Fenton反應(yīng)降解亞甲基藍的效能

凈水效果檢測：取0.5g產(chǎn)物和0.5mL0.5%的H2O2溶液加入到100mL指示劑（亞甲基藍，10mg·L-）1中，分別檢測不同煅燒溫度下的鐵酸銅的凈水效果。實驗時，將混合液放置在磁力攪拌器上，在無紫外燈作用下初步攪拌后靜置，取得清液，測其吸光度，得到A0。之后開啟磁力攪拌器，在紫外燈的作用下激發(fā)鐵酸銅的光催化性，并每隔30min取一次清液測定其吸光度，計為A，測6次。此時，為取得清液，將取出的反應(yīng)液置于離心管中，通過離心得到上層清液（轉(zhuǎn)速為3000r·min-1，離心10min）。將此清液注入比色皿內(nèi)，測定其吸光度。

脫色率通過此式算出，D=（A0-A）/A0×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 物相分析

圖1為樣品CuFe2O4在不同的煅燒溫度下的XRD圖。

從圖1可以看出，煅燒溫度未達到850℃的時，所得到的樣品均含有Fe3O4的雜項峰；當煅燒溫度超過850℃時，樣品沒有雜項峰，均為尖晶石型CuFe2O4單相，說明850℃為尖晶石型CuFe2O4的最低燒結(jié)溫度。

2.2 形貌分析

圖2為樣品CuFe2O4前驅(qū)體于850℃下煅燒并保溫5h所得產(chǎn)物放大10k倍的SEM圖。

圖2 尖晶石型鐵氧體CuFe2O4的SEM圖Fig.2SEM of spinel ferrite CuFe2O4

由圖2可知，所得產(chǎn)物呈現(xiàn)球形顆粒狀，有比較明顯的團聚現(xiàn)象。從團聚體表層顆粒的形貌可以看出顆粒尺寸在0.5～1μm之間，顆粒尺寸均勻。

2.3 樣品的Fenton反應(yīng)降解亞甲基藍的效能

圖3是尖晶石型鐵氧體CuFe2O4樣品處理亞甲基藍溶液脫色曲線。

圖3 CuFe2O4樣品處理亞甲基藍溶液脫色曲線Fig.3Decolorization curves of methyl blue disposed by CuFe2O4sample

從圖3中可以看出，不同煅燒溫度下CuFe2O4產(chǎn)物的UV/Fenton體系的凈水效果：各溫度下的產(chǎn)物凈水效果穩(wěn)定，模擬污水的降解率隨時間穩(wěn)步增加。CuFe2O4與H2O2聯(lián)合作用具有明顯的凈水性能，尤其是煅燒溫度為850℃時，所得產(chǎn)物在紫外燈下對亞甲基藍的降解率達到94.8%。

產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是：當煅燒溫度不足時，反應(yīng)物中存在Fe2+，F(xiàn)e2+濃度過高的時候H2O2的消耗過多，不利于輕基自由基的生成從而使得反應(yīng)速率降低，導(dǎo)致脫色率降低了。

3 結(jié)論

本文采用溶膠-凝膠法制備出尖晶石型CuFe2O4，通過對樣品的物相，形貌及降解水中有機污染物的分析，可以看出：

（1）煅燒溫度超過850℃時，樣品均為單相尖晶石型CuFe2O4。

（2）煅燒溫度850℃，保溫5h所得產(chǎn)物呈現(xiàn)球形顆粒狀。

（3）尖晶石型CuFe2O4粒子的Fenton反應(yīng)能夠快速有效的氧化降解亞甲基藍染料廢水。

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Preparation and efficiency on Fenton reaction of spinel ferrite CuFe2O4*

QI Shu-yan，SHI Zheng-dong，SUI Guo-chao，MA Ni-na，NING Cheng-wei，SHAO Wen-tao
（College of Material Scionce and Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China）

The different calcination temperature of spinel CuFe2O4was prepared by sol-gel method.Using XRD,SEM characterization of the structure morphology on the sample,the results shows that the synthetic samples is CuFe2O4when the calcination temperature above 800℃and it's Fenton reaction can effectively degrade methylene blue.

ferrite；Fenton reaction；methylene blue

TQ138.1

A

1002-1124（2014）11-0008-02

2014-07-28

哈爾濱理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目

亓淑艷（1976-），女，副教授，主要從事半導(dǎo)體光催化材料的研究。