[發明專利]活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑及其在降解有機污染物上的運用

無效

• 申請號: 201110324834.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102500376A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張暉;高洪;王莉果;張道斌
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C02F1/36;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明涉及一種活性炭負載鐵鈷雙金屬氧化物催化劑，以及該催化劑與過硫酸鹽和超聲波相結合，處理廢水中的有機污染物，屬于廢水處理領域。

背景技術

有機廢水是一類難降解的廢水。以印染廢水為例，其排放量大，有機污染物含量高，種類復雜。由于有機污染物化學結構穩定、毒性大，處理難度高，傳統的處理技術已受到嚴重挑戰。對其應用常規處理技術，如物化法、化學法和生物法及其組合的方法，很難達到滿意的處理效果。

高級氧化技術，其特點為產生大量具有強氧化能力的^·OH為氧化劑，并在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下，來把大分子的有機污染物降解為小分子。目前應用高級氧化技術處理有機污染物的方法主要有非均相Fenton法及類Fenton法，催化濕式氧化法，光催化氧化法等。由于均相催化劑存在回收難，環境污染等弱點，所以非均相催化劑是成為近年來高級氧化技術的研究熱點。

基于硫酸根自由基(SO₄^?·)的高級氧化技術是近年來發展起來的有毒有機污染物氧化降解新技術。一般采用活化過硫酸鹽產生高活性的硫酸根自由基(SO₄^?·)，氧化分解水體中的有毒有機污染物質，促使大多數難降解有機物氧化降解。

利用超聲波降解水中的污染物，尤其是難降解的有機污染物，是一種新穎、清潔且極具產業前景的新型水處理技術。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種價格低廉、可回收的催化劑，及其在降解有機污染物上的運用。

本發明的活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑，其組分和含量為：活性炭重量百分比含量為80.0~99.0%，鐵鈷雙金屬氧化物重量百分比含量為1.0~20.0?%，其中鈷鐵摩爾比為1:1~1:19。?

所述的活性炭直徑最好為300目。

上述活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將活性炭用10wt％無機酸溶液浸漬24h后，過濾，去離子水洗至中性；

(2)、將步驟(1)處理過的活性炭，用10wt％無機堿溶液浸漬24h后，過濾，去離子水洗至中性；放入烘箱中烘干，待用；

(3)、配制含有鐵和鈷離子的鹽溶液，其中鈷鐵摩爾比為1:1~1:19，調節溶液的pH為2～7；

(4)、將活性炭加入步驟（3）配制的溶液中，在20～60℃浸漬24h；

(5)、過濾，分理出浸漬了鐵鈷的活性炭，烘干；

(6)、將負載鐵鈷的活性炭移入管式爐中，在惰氣氣氛下升溫至300~800℃，煅燒4~6?h，得到活性炭負載鐵鈷氧化物的催化劑。

將本發明的活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑結合過硫酸鹽處理有機廢水的方法如下：

將有機廢水置于非均相活化反應器中，加入過硫酸鹽和活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑，于室溫下反應。

將本發明的活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑，與超聲波、過硫酸鹽結合處理有機廢水的方法如下：

將有機廢水置于非均相活化反應器中，加入過硫酸鹽，活性炭負載鐵鈷氧化物催化劑，在超聲波作用下，于室溫下反應。

由于非均相催化的主要不足是催化劑的活性表面會逐漸鈍化，最終導致催化劑失活。當超聲波與非均相高級氧化技術結合時，超聲產生的空化氣泡在固體催化劑表面或顆粒附近崩塌引發的高速射流、微沖流、沖擊波等可強化污染物和催化劑之間的固液傳質，此外超聲場中的聲流和微聲流能持續清洗催化劑表面，保持催化劑活性，提高了催化劑的穩定性和壽命。另外超聲與非均相高級氧化技術聯用還可克服單獨功率超聲場內自由基等活性物種僅分布于空化泡表面的不足，提高溶液主體相內的自由基等活性物種的濃度，是一種非常有效的強化污染物分解性能的方法。

本發明利用所制備的活性炭負載鐵鈷雙金屬氧化物催化劑與過硫酸鹽和超聲相結合，分別構成新型高級氧化技術體系，對橙黃Ⅱ模擬廢水達到了很好的去除效果，且固相催化劑金屬離子溶出低，易于分離；工藝流程簡單，成本低，具有很好的實際運用的前景。

本發明和現有技術相比所具有的有益效果：

本發明的催化劑是以鐵鹽和鈷鹽為原料，活性炭為載體，將鐵鹽、鈷鹽負載到活性炭上，經過處理得到活性炭負載鐵和鈷的氧化物催化劑，該催化劑制備方法簡便，價格低廉，催化活性高，金屬離子溶出低，穩定性好。用該催化劑應用于非均相活化過硫酸鹽、超聲/非均相活化過硫酸鹽處理橙黃Ⅱ模擬廢水，可在室溫條件下進行，反應條件溫和，脫色效果好。

附圖說明