阅读说明：本技术 一种硅藻土制备硅酸铁钠用于光还原Cr(VI)的方法 (Method for preparing sodium ferric silicate from diatomite for photo-reduction of Cr (VI) ) 是由 王金淑 孙领民 吴俊书 刘竞超 杜玉成 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：一种硅藻土制备硅酸铁钠用于光还原Cr(VI)的方法,属于重金属离子废水处理技术及非金属矿物利用领域；该方法包括如下步骤：(1)硅藻土预处理,(2)原料均匀混合,(3)水热反应；具体方法是将硅藻土分散于氢氧化钠水溶液中分散均匀,浴锅反应,洗净干燥；在聚四氟乙烯内衬中首先加入预处理的硅藻土和氢氧化钠水溶液不断搅拌并超声,最后,逐滴加入Fe(Cl<Sub>3</Sub>)<Sub>3</Sub>水溶液,然后水热反应。粉末合成后经蒸馏水乙醇洗净干燥即可。本发明提供了束状结构的硅酸铁钠光催化剂的制备,不仅具有结构稳定、价格低廉、可循环回收等特点,具有优异的光还原六价铬性能,对60mg/L的重铬酸根还原率可达80％,实现了良好的经济和环境价值。(A method for preparing sodium ferric silicate by diatomite for photo-reduction of Cr (VI), belonging to the fields of heavy metal ion wastewater treatment technology and nonmetallic mineral utilization; the method comprises the following steps: (1) pretreating diatomite, (2) uniformly mixing raw materials, and (3) carrying out hydrothermal reaction; the concrete method is that the diatomite is dispersed in the sodium hydroxide water solution to be evenly dispersed, reacted in a bath kettle, cleaned and dried; firstly, adding pretreated diatomite and sodium hydroxide aqueous solution into polytetrafluoroethylene lining, and continuously stirringStirring and sonicating, and finally, dropwise adding Fe (Cl) 3 ) 3 Aqueous solution, and then hydrothermal reaction. The powder is synthesized and then washed and dried by distilled water and ethanol. The invention provides the preparation of the bundle-structure sodium iron silicate photocatalyst, which has the characteristics of stable structure, low price, recycling and the like, has excellent performance of photo-reducing hexavalent chromium, has a reduction rate of 60mg/L dichromate of 80 percent, and realizes good economic and environmental values.)

一种硅藻土制备硅酸铁钠用于光还原Cr(VI)的方法

技术领域

本发明属于重金属离子废水处理技术及非金属矿物利用领域，涉及一种硅藻土制备硅酸铁钠用于光还原Cr(VI)的方法。

背景技术

近年来重金属污染是污水处理面临的主要挑战之一，重金属离子由于其非生物降解性，对食物链构成了持久的威胁。目前，重金属污染废水的治理方法有十几种，包括膜分离、电化学絮凝、离子交换、吸附和光催化技术等。相比较而言，对于铬重金属污水，光催化还原技术被广泛采用，其原理是利用光催化剂的光吸收和光催化性能，加速反应中可变价金属离子之间的电子迁移，促进污水中无机物和有机物发生氧化还原反应。水体中的铬常以酸根阴离子的形式存在，较难通过吸附、化学沉淀等方法去除。而且铬的毒性很强，在水中的安全阈值仅为0.01mg/L，因此在含铬重金属污水治理过程中，其毒性的降解至关重要。三价铬的毒性远远低于六价铬，将高毒性的六价铬还原成三价铬，实现含铬废水处理的意义。

硅藻土是一种天然多孔矿物，主要由二氧化硅组成，因其无毒、成本低、储量丰富的优势成为制备硅酸盐材料理想的硅源。这也使得与其他光催化材料相比，硅酸盐光催化剂具有良好的结构稳定性和较低的成本。硅酸铁钠通常被称为霓石，是一种链式硅酸盐，其作为一种新兴的光催化剂，它在催化氧化还原废水中污染物的潜在应用却很少被研究。

在此发明中以硅藻土为硅源，不需要引入表面活性剂，采用一步水热法制备出了由纳米片组装而成的束状结构的NaFeSi₂O₆，并进一步将NaFeSi₂O₆作为光催化剂，在可见光(420nm<λ<800nm)条件下，探索了其光还原六价铬的性能，并考察了影响其光还原活性的因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅藻土制备硅酸铁钠用于光还原Cr(VI)的方法，本发明的方法采用一步水热法将原材料硅藻土和氯化铁均匀混合，同时控制组份相对含量；随后在高温高压条件下，得到束状结构的硅酸铁钠光催化材料，利用本发明的方法制备的光催化剂具有优异的光还原性能。

一种硅藻土制备硅酸铁钠的方法，包括如下步骤：

(1)硅藻土预处理：硅藻土在参与反应之前，需要进行预处理，除去表面钝化层，激发反应活性；将6g硅藻土分散于氢氧化钠水溶液中，超声，使其分散均匀；随后，将混合溶液置于90℃水浴锅中保温至少2h，最后，用蒸馏水洗净，置于烘箱中干燥，备用；

优选将每6g硅藻土对应300mL、0.15～0.3mol/L的氢氧化钠水溶液；

(2)原料均匀混合：在聚四氟乙烯内衬中首先加入预处理的硅藻土，再加入氢氧化钠水溶液，不断搅拌并超声处理2分钟，随后在搅拌至少20分钟；最后，逐滴加入的Fe(Cl₃)₃水溶液，继续搅拌至少20min得到均匀混合溶液；

优选每0.2g预处理的硅藻土对应浓度为0.125～0.2mol/L的氢氧化钠水溶液8mL、5mL浓度为0.03mol/L的Fe(Cl₃)₃水溶液。

(3)水热反应：将聚四氟乙烯内衬装入反应釜，随炉升温至160℃-200℃(优选180℃)，保温20-30h(如24h)；粉末合成后经蒸馏水、乙醇洗净，置于烘箱中干燥，随即得到硅酸铁钠。

本发明所得到的硅酸铁钠作为光催化剂的应用，进一步用于光还原Cr(VI)，可在可见光条件下还原。具体方法：取本发明的光催化剂，加入到Cr₂O₇ ^2-溶液中，将悬浮液置于黑暗条件下静置30min，达到吸附平衡，然后加入草酸，在可见光条件下进行光照催化还原。

本发明以硅藻土为硅源，提供的束状结构的硅酸铁钠光催化剂不仅具有结构稳定、价格低廉、可循环回收等特点，而且展现了优异的光还原六价铬性能，对60mg/L的重铬酸根还原率可达80％，实现了良好的经济和环境价值。

附图说明

图1为实施例1中制备的光催化剂硅酸铁钠的XRD图；

图2为实施1例中制备的光催化剂硅酸铁钠的N₂吸附-脱附等温线及孔径分布图；

图3为实施例1中制备的光催化剂硅酸铁钠的SEM图；

图4为实施例1中制备的光催化剂硅酸铁钠对不同浓度重铬酸根溶液的还原效率图；

图5为实施例1中光催化前后硅酸铁钠的XPS-Fe2p图；

图6为实施例1中制备的光催化剂硅酸铁钠的带隙及VB-XPS图。

具体实施方式

下面就实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的要求保护范围并不局限于以下实施例。

实施例1：

(1)硅藻土预处理：硅藻土在参与反应之前，需要进行预处理，除去表面钝化层，激发反应活性。将6g硅藻土分散于300mL,0.15mol/L的氢氧化钠水溶液中，超声2min，使其分散均匀。随后，将混合溶液置于90℃水浴锅中保温2h，最后，用蒸馏水洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，备用。

(2)原料均匀混合：在聚四氟乙烯内衬中首先加入预处理的硅藻土0.2g，再加入氢氧化钠水溶液8mL，浓度为0.125mol/L，不断搅拌并超声处理2min，随后在磁力搅拌器上搅拌20min。最后，逐滴加入5mL的0.03mol/L的Fe(Cl₃)₃·6H₂O水溶液，置于磁力搅拌器上搅拌20min得到均匀混合溶液。

(3)水热反应：将聚四氟乙烯内衬装入反应釜，随炉升温至180℃，保温24h。粉末合成后经蒸馏水乙醇洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，随即得到该光催化剂。

实施例2：

(1)硅藻土预处理：硅藻土在参与反应之前，需要进行预处理，除去表面钝化层，激发反应活性。将6g硅藻土分散于300mL，0.3mol/L的氢氧化钠水溶液中，超声2min，使其分散均匀。随后，将混合溶液置于90℃水浴锅中保温2h，最后，用蒸馏水洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，备用。

(2)原料均匀混合：在聚四氟乙烯内衬中首先加入预处理的硅藻土0.2g，再加入氢氧化钠水溶液8mL，浓度为0.2mol/L，不断搅拌并超声处理2min，随后在磁力搅拌器上搅拌20min。最后，逐滴加入5mL的0.03mol/L的Fe(Cl₃)₃·6H₂O水溶液，置于磁力搅拌器上搅拌20min得到均匀混合溶液。

(3)水热反应：将聚四氟乙烯内衬装入反应釜，随炉升温至180℃，保温24h。粉末合成后经蒸馏水乙醇洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，随即得到该光催化剂。

实施例3：

(1)硅藻土预处理：硅藻土在参与反应之前，需要进行预处理，除去表面钝化层，激发反应活性。将6g硅藻土分散于300mL,0.2mol/L的氢氧化钠水溶液中，超声2min，使其分散均匀。随后，将混合溶液置于90℃水浴锅中保温2h，最后，用蒸馏水洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，备用。

(2)原料均匀混合：在聚四氟乙烯内衬中首先加入预处理的硅藻土0.2g，再加入氢氧化钠水溶液8mL，浓度为0.165mol/L，不断搅拌并超声处理2min，随后在磁力搅拌器上搅拌20min。最后，逐滴加入5mL的0.03mol/L的Fe(Cl₃)₃·6H₂O水溶液，置于磁力搅拌器上搅拌20min得到均匀混合溶液。

(3)水热反应：将聚四氟乙烯内衬装入反应釜，随炉升温至180℃，保温24h。粉末合成后经蒸馏水乙醇洗净，置于烘箱中60℃干燥12h，随即得到该光催化剂。

光催化性能测定：取本发明的光催化剂20mg，加入到60mL浓度为60mg/L的Cr₂O₇ ^2-(以K₂Cr₂O₇配得)溶液中，将悬浮液置于黑暗条件下静置30min，达到吸附平衡。加入40mg草酸，在可见光(300W氙灯)条件下进行光照，重复试验3次。在光还原测试过程中，每隔固定的时间使用0.22μm的滤头抽取约3mL的溶液，通过紫外可见分光光度计测定溶液的吸光度，其还原效率用相对浓度C/C₀来表示，经实验数据分析，对60mg/L的重铬酸根还原率可达80％。