[發明專利]一種多相類芬頓催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410158761.X
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103908966A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 邱珊;丁曉;馬放;鄧鳳霞;徐善文;韓帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/72
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及類芬頓催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

典型的芬頓試劑是Fe²⁺與H₂O₂的組合，酸性條件下芬頓體系中產生的羥基自由基(HO·)具有很高的氧化活性，因此能夠有效地分解常規方法所無法分解的有機物，能無選擇地與廢水中的污染物反應。芬頓體系中的催化劑主要分為均相和多相催化劑兩類，均相催化劑具有反應迅速，沒有傳質阻力，反應條件更溫和等優點，但同時存在適用pH范圍較窄、催化劑難以回收利用、產生大量難處理的化學污泥等問題。多相催化劑具有與廢水的分離較簡便，處理流程大大簡化，藥劑使用量低等優點，具有更廣闊的應用前景。

如公開號為CN102744069A的中國專利公開了一種以改性海泡石為載體的Fe-Co雙金屬多相類芬頓催化劑的制備方法，該方法是采用硝酸改性海泡石為載體，負載雙金屬Fe₂O₃和CoO，制備多相類芬頓催化劑，該催化劑吸附和耐熱性能強，實現雙金屬協同作用。但是該多相類芬頓催化劑的溶出鐵離子和鈷離子量較大，容易產生大量化學污泥，造成二次污染，而且海泡石的莫氏硬度在2.0～2.5之間，機械強度差，難以應用于實際處理。

發明內容

本發明是要解決現有的多相類芬頓催化劑的機械強度差、溶出離子量較大的技術問題，而提供一種多相類芬頓催化劑及其制備方法和應用。

本發明的一種多相類芬頓催化劑由還原鐵粉、活性炭粉、電解銅粉、硅酸鹽和淀粉制成；其中電解銅粉占總質量的5%～10%，硅酸鹽占總質量的2%～8%，淀粉總質量的4%～8%，還原鐵粉和活性炭粉之和占總質量的74～89%，還原鐵粉與活性炭粉的質量比為（1.5～5）：1。

上述的多相類芬頓催化劑的制備方法按以下步驟進行：

一、稱取還原鐵粉、活性炭粉、電解銅粉、硅酸鹽和淀粉，其中電解銅粉占總質量的5%～10%，硅酸鹽占總質量的2%～8%，淀粉總質量的4%～8%，還原鐵粉和活性炭粉之和占總質量的74～89%，還原鐵粉與活性炭粉的質量比為（1.5～5）：1；

二、先將步驟一稱取的還原鐵粉和電解銅粉混合均勻，得到初混粉末；再將步驟一稱取的硅酸鹽加入水中，加熱溶解后，加入到初混粉末中混合均勻，最后將活性炭粉也加入其中，攪拌均勻，得到混合粉末；

三、將淀粉加入水中配制成質量濃度為20～30%淀粉溶液，將淀粉溶液加熱煮至粘稠透明，作為粘合劑，將粘合劑加入到步驟二的混合粉末中，攪拌使混合粉末黏合成顆粒，再將顆粒烘干，得到干球；

四、將步驟三得到的干球置于馬弗爐中，通入高純N₂，在氮氣氣氛中，經60～100min升溫至700～1100℃，保溫2～4h后，自然冷卻至室溫，然后放入去離子水中，再經超聲清洗、烘干，得到多相類芬頓催化劑。

本發明的多相類芬頓催化劑的應用是作為污水處理的催化劑的應用。

本發明中的多相類芬頓催化劑，在與廢水接觸過程中，在溶液中有Fe²⁺、Cu²⁺的溶出，充當均相芬頓催化劑，催化劑中的Fe⁰和Cu，分別起到非均相類芬頓催化劑和促進Fe³⁺轉化為Fe²⁺的作用，催化劑內外表面Fe-C形成的宏觀和微觀電池，促進難降解物質的分解和COD的去除，與傳統芬頓體系相比，可提高處理效果30%～45%，減少H₂O₂投加量10%～30%，而且減少了芬頓體系產生的化學污泥，同時解決芬頓體系中催化劑難以回收利用的難題。

在燒結過程中硅酸鹽會失去結晶水變為Na₂O和SiO₂，通過控制造孔劑的加入量，可以控制催化劑的孔隙率和孔徑。與常用造孔劑有機物、碳酸鹽等相比，硅酸鹽不但可以保證催化劑較大的比表面積和孔隙率，而且可以提高催化劑的機械強度，本發明的多相類芬頓催化劑的比表面積為0.50～2.00m²/g，其機械強度(以最大壓縮載荷表示)為150～300N，破碎率為0.1%～0.5%。

附圖說明

圖1是實施例1制備的多相類芬頓催化劑放大400倍時內外表面形貌圖；

圖2是實施例1制備的多相類芬頓催化劑放大3000倍時的外表面形貌圖；

圖3是實施例1制備的多相類芬頓催化劑放大10000倍時內表面形貌圖。

具體實施方式