[發明專利]一種應用于非均相芬頓體系的鐵碳催化劑制備方法

有效

• 申請號: 201310442419.8
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103464160A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 周明華;張超;于新民
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/72;C02F101/36
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技術領域

本發明屬于環境工程技術領域，涉及一種應用于非均相芬頓體系的鐵碳催化劑改性方法。

背景技術

芬頓氧化是是高級氧化技術中重要氧化處理技術具有操作過程簡單、反應速度快、設備簡便、環境友好等特點。提供催化劑Fe²⁺的同時外加H₂O₂，從而將H₂O₂轉化成強氧化能力的羥基自由基(·OH)達到有機物降解礦化。反應過程如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

目前，芬頓氧化主要是直接向溶液中加入均相鐵離子。但均相鐵離子pH適用范圍窄，溶液含鐵濃度高，導致后處理過程產生大量鐵泥，增加了處理成本。非均相芬頓催化劑正好可以克服這些缺點，少量濃度的鐵離子溶出可以降低溶液中的鐵離子濃度，減少鐵泥的產生，還可以拓寬pH適用范圍。因此，開發出催化效果好，壽命長，pH適用范圍寬，價格低廉的非均相芬頓催化劑具有極大的工業應用價值。

鐵碳微電解在工業上應用比較成熟，通常是以鐵碳填料自身所含的零價鐵(Fe⁰)的還原作用和微電解后產生的鐵離子絮凝作用去除廢水中的污染物。鐵碳微小顆粒會在溶液中組成很多微小的原電池。Fe⁰在體系中失去電子變成Fe²⁺后，正好可以作為芬頓的催化劑。雖然目前工業生產的鐵碳填料價格十分低廉，在工業上有極大的應用價值，但其鐵的浸出率極高，產生大量鐵泥，鐵碳表面也容易結垢，從而不利于芬頓的進行并降低廢水處理效果，縮短催化劑壽命。如何在工業鐵碳催化劑的基礎上研發簡單高效的改性制備方法，在保持高催化性能的前提下，降低鐵泥產生，具有重要的應用價值。

發明內容

本發明的目的是通過改性降低鐵碳填料的鐵離子浸出率，延長鐵碳使用壽命，開發出在芬頓體系適用的非均相鐵碳催化劑。

本發明提出的催化劑制備過程如下：

1)將鐵碳浸泡在無水乙醇中超聲清洗30-60min，過濾后再用無水乙醇清洗數次。

(2)取晾干后的鐵碳浸漬在10％-30％的聚四氟乙烯溶液1-2h后，抽濾。

(3)將抽濾后的鐵碳，于200℃-400℃通氮氣保護下煅燒30-60min。

本發明具有以下的突出特點和有益效果：

(1)利用聚四氟乙烯將鐵碳表面包覆起來，成功地降低了鐵離子的大量浸出，減少了出水鐵泥含量，并在一定程度上解決了鐵碳表面結構問題。

(2)制備過程簡單，易于工業化生產，選用工業生產的鐵碳填料，價格低廉，通過改性延長了催化劑使用壽命，經濟性好。

(3)改性后催化劑鐵離子的浸出降低3-5倍，應用于非均相芬頓體系中，可以有效的降解酚類等難生物降解有機物，并能拓寬pH適用范圍，尤其在近中性pH條件下。

附圖說明

圖1為鐵碳改性前的電鏡掃描圖。

圖2為鐵碳改性后的電鏡掃描圖。

具體實施方式

本發明通過以下實施例結合附圖進一步詳述。

(1)本發明的改性方法

本發明主要是改性工業成型鐵碳填料。首先進行鐵碳預處理，將顆粒狀的鐵碳填料浸泡在無水乙醇中，超聲30min后過濾。然后將鐵碳浸漬在20％聚四氟乙烯溶液中1h，過濾后在通氮氣的條件下，400℃煅燒30min即可。

(2)該實施例所獲得效果

該實例改性前的鐵碳SEM如圖1所示，改性后的鐵碳SEM如圖2所示。可以看到改性之前，鐵碳表面多孔，且粗糙不均勻；改性之后表面明顯覆蓋了一層高分子膜，并且可以從圖2中的較小附圖得知，改性后的鐵碳表面覆蓋的是一層高分子纖維狀的薄膜。這樣的改性后鐵碳表面結構大大減低了鐵碳與溶液之間的接觸面積，從而有效地降低了鐵離子的浸出率。

廢水為120mg/L的2，4-二氯酚，pH=6.7，0.05M無水硫酸鈉作為電解質溶液，溶液體積為150mL，每次反應加入500mg/L的H₂O₂、0.9g改性鐵碳催化劑。分別采用原始鐵碳和改性制備的鐵碳為催化劑，非均相芬頓處理該廢水2h的效果對比如下表。

由上表可見，二氯酚的去除率相差不大，而改性后鐵離子浸出降低了大約4.5倍。

改性后的鐵碳在非均相芬頓體系中連續運行10次，其二氯酚去除率，TOC去除率和鐵的浸出量如下表：