[發明專利]一種類Fenton催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810031010.X
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108212164B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 余廣煒;李杰;潘蘭佳;汪印;馬建立;商曉甫
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所;中國科學院大學;天津環科立嘉環境修復科技有限公司
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01J37/08;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
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本發明涉及一種類Fenton催化劑及其制備方法，所述的類Fenton催化劑以污泥熱解炭為原料，黏土作為結合劑，在不加鐵源或過渡金屬源的條件下制備得到，所述的鐵源為鐵鹽和鐵的氧化物，所述的過渡金屬源為過渡金屬的鹽和過渡金屬氧化物，所述的類Fenton催化劑在pH值為2～10的范圍內對催化雙氧水降解廢水中抗生素的降解效率≥80％≥。本發明一方面充分利用污泥熱解炭為原料，制備性能良好的類Fenton催化劑，為污泥熱解炭高附加值利用提供新途徑；另一方面，經高溫保護氣氛下無氧焙燒得到的類Fenton催化劑，強度高，不易脫落于液體中，易回收，重金屬固化穩定，環境安全性高，成本低，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及固體廢棄物資源化利用與廢水處理技術領域，尤其是一種類Fenton催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著污水處理效率的顯著提升，城市污泥的產量快速增加，城市污泥處置壓力越來越大。污泥熱解炭化作為一種比較先進的污泥處理技術，因其能去除污泥中的病毒、寄生生物和有毒污染物，實現污泥的高效無害化與減量化而逐漸成為關注的焦點。目前，關于污泥熱解炭化的研究重點大都集中在降低污泥減量化處理成本、減少能源消耗以及實現重金屬固化穩定等方面，而對污泥熱解炭化后得到的污泥熱解炭的高附加值資源化利用研究不多。

另一方面，Fenton氧化可以有效去除水體中的不易降解的有機污染物，在廢水處理中應用十分廣泛。Fenton反應是指過氧化氫(H₂O₂)與二價鐵離子Fe²⁺的混合溶液將有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態，但傳統的Fenton氧化也存在以下幾個方面的不足：(1)在處理高濃度污染物時雙氧水用量大，導致廢水處理成本較高；(2)光助Fenton法使用的大多是紫外光，能耗高，且對高濃度、高色度、透光性差的廢水作用有限；(3)常規的Fenton試劑屬于均相催化體系，需進行后續處理以回收催化劑、回收成本高、流程復雜、易引起二次污染。(4)Fenton反應的適用pH范圍小，一般須在pH3進行，不但導致調節pH值所用的試劑量大，成本高，同時在低pH下易導致Fe離子等金屬催化成分的大量溶出，降低催化劑的使用壽命，并容易造成水體的潛在的二次污染。由于常規Fenton試劑H₂O₂的利用率不高，不能充分礦化有機物，而利用鐵粉、石墨、鐵、錳的氧化礦物等非均相Fenton催化劑同樣可使H₂O₂分解產生·OH，形成類Fenton反應體系。因此，研發出一種pH使用范圍廣，金屬離子不易釋放，使用壽命長的類Fenton催化劑具有重要意義。

研究發現污泥熱解炭中含有豐富的Fe、Si、A1、Ca、Mg、C等元素，尤其Fe²⁺的含量較高，使得污泥熱解炭在制備催化劑方面有良好的利用潛力。中國發明專利申請CN106007776 A，公開了一種污泥熱解生物炭制備陶粒的方法與裝置，將污泥熱解生物炭經粉磨、調濕、造粒、低溫干燥、中溫預燒、高溫燒結，最后冷卻獲得陶粒。該工藝方法采用氧化性氣氛下高溫焙燒，實現污泥熱解生物炭中重金屬的進一步高效固化與鈍化，得到的陶粒適用于建筑材料，未涉及類Fenton催化劑的制備。中國發明專利申請CN 106311202 A，公開了一種污泥炭催化劑的制備方法及催化劑和應用，通過強酸或強堿獲得改性污泥炭催化劑和利用過渡金屬溶液浸漬獲得過渡金屬改性的污泥炭催化劑，在濕式氧化中具有較高活性，但是該發明需要用到額外的試劑進行改性，成本較高。中國發明專利申請CN 106076335 A，公開了一種非均相Fenton催化劑的制備方法和應用，利用廢棄物鐵泥和沼渣通過清洗、干燥、粉碎、摻雜浸漬、高溫活化、酸洗及篩分等步驟，制備出非均相Fenton催化劑；該發明不僅需要摻雜，還需要高溫活化，酸洗等工藝，存在制備工藝復雜，成本高，污染物去除效率(70％左右)不高，二次污染等缺點。