[發明專利]一種木質素基非均相類芬頓催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201611149037.6
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106622239A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 咸漠;梁鳳兵;馮德鑫;劉衛敏;劉會洲
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司23211
• 代理人: 張金珠

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域，具體涉及到一種木質素基非均相類芬頓催化劑的制備方法

背景技術

木質素是一種廣泛存在的可再生芳香族聚合物，被稱為21世紀可被人類利用的最豐富的綠色資源之一。制漿造紙工業每年從植物中分離出5000萬噸左右的工業木質素副產品，但95％以上的木質素或未被分離直接排入江河或濃縮后直接燃燒。如果能將木質素加以充分利用不僅可以降低環境污染，還可以有效利用生物質資源，從而達到節能減排的目的。

芬頓氧化技術作為一種新型的高級氧化技術，對有機廢水的治理具有重要的作用。以可溶性Fe²⁺催化H₂O₂反應為代表的芬頓氧化技術不僅能夠快速高效地降解有機污染物，并且能夠較為徹底的將有機物氧化分解。但是芬頓反應同樣具有一定的不足，這種可溶性鐵鹽催化劑活性有限且無法分離、回收，從而在后續處理過程中形成大量污泥，對環境產生二次污染，同時過氧化氫利用率低。為克服這些缺點，研究人員提出制備非均相Fenton反應催化劑進行非均相Fenton反應，即將生物質材料或無機材料作為載體將Fe²⁺、Fe³⁺或含鐵氧化物固載，使其均勻分散至載體的表面，可以減少反應后溶液中鐵離子的數量，避免二次污染，降低成本。非均相Fenton催化氧化反應，其催化劑活性好，使用壽命長；具有適宜的比表面積、孔體積、孔徑等物化性能。因此制備出高效、易分離的非均相芬頓催化劑至關重要。

目前非均相催化劑的制備方法主要有沉淀法、浸漬法、離子交換法及煅燒法等。專利CN 102974351 A將竹炭與Fe³⁺溶液浸漬一定時間，烘干后后在馬弗爐中煅燒，制備出了載鐵竹炭非均相芬頓催化劑；專利CN 104209138 A將MnSO₄·H₂O與FeSO₄·7H₂O溶液混合后得到混合體系，向混合體系中加入NaY分子篩，混合均勻，向上述混合體系中加入檸檬酸，水浴反應，將所得粘稠物烘干、煅燒，得到Fe-Mn/NaY負載型非均相芬頓催化劑；專利CN 102909073 A公開的是一種用于印染廢水處理的非均相類芬頓催化劑，將金屬鹽(銅鹽或鐵鹽或兩種鹽的混合物)溶液在磁力攪拌器作用下逐滴加入到絡合劑溶液(檸檬酸、檸檬酸鹽、草酸、草酸鹽)中，滴加完后攪拌20-60min可得金屬絡合物溶液，然后將活性碳纖維浸漬在金屬絡合物溶液中1-24h，取出活性碳纖維經蒸餾水洗滌，烘干，即得所述非均相類芬頓催化劑。

現有非均相芬頓催化劑多采用工業化碳材料或分子篩等直接作為基體制備，成本較高，且催化劑表面的鐵基氧化物的種類較少，使得催化活性不高。

發明內容

本發明提供了一種木質素基非均相類芬頓催化劑的制備方法，以工業廢棄物-木質素為載體，經鐵離子負載改性和煅燒制備出一種磁性、高效的非均相芬頓催化劑。

本發明中一種木質素基非均相類芬頓催化劑，其特征在于所述非均相類芬頓催化劑是將鐵離子負載在木質素上，再依次經干燥、煅燒、清洗除雜后干燥制成的；具體方法是按下述步驟進行的：

步驟一、用浸漬法將鐵離子負載在木質素上，過濾后干燥；

步驟二、然后在惰性氣體保護下煅燒，再清洗除雜，然后干燥；即得到木質素基非均相類芬頓催化劑；

其中，鐵離子為Fe²⁺和/或Fe³⁺。

步驟一所述木質素為堿木質素、硫酸鹽木質素、酶水解木質素、酸水解木質素、木質素磺酸鹽及上述木質素相關衍生物中的一種或其中幾種的混合，所述木質素混合物時，各種木質素之間按任意比組合；優先：所述木質素為堿木質素。

步驟一中所述浸漬是將鐵離子濃度為0.01mol/L～2mol/L的含鐵離子溶液與木質素溶液混合后攪拌均勻，其中所述的鐵離子與木質素的質量比為1:(1～100)，然后調節溶液至中性，浸漬處理1h～12h；優選：所述的鐵離子種類為Fe²⁺，鐵離子與木質素的質量比為1:(2～10)。

步驟一所述浸漬時間為2～6h。

步驟二將經步驟一處理后的木質素置于炭化爐中，在惰性氣體氮氣保護下，快速升溫至300～1200℃，煅燒0.5～8；煅燒溫度優選為600℃～900℃。煅燒時間優選為1～4h。