[發(fā)明專利]一種污泥熱解制備光Fenton催化劑的方法及催化劑和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810307934.8
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108503015A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于楊;何益得;黃菲;張永軍;胡煉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/32;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明提供一種新型高效污泥熱解制備光Fenton催化劑的方法及其應(yīng)用。本發(fā)明用城市污水處理廠活性污泥作為原料，在高溫下進(jìn)行熱解制備出污泥活性炭，用H₂SO₄進(jìn)行處理得到表面改性的污泥炭，以Fe₂O₃、MnO₂、Ag₂O、In₂O₃、Bi₂O₃、SrO中的一種或兩種以上作為活性組分負(fù)載到污泥活性炭載體，經(jīng)過浸漬、混合、熱解后得到一種新型高效光Fenton催化劑。本發(fā)明制備的光Fenton催化劑在光催化氧化中具有活性高、活性組分浸漬量少、制備簡單、技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好及成本低等優(yōu)點(diǎn)。其方法對有機(jī)廢水中的TOC去除率達(dá)到95％以上。本發(fā)明所得的光Fenton催化劑具備催化性能高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于此污泥熱解制備的催化劑在光催化氧化工業(yè)的推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型高效污泥熱解制備光Fenton催化劑的方法及其應(yīng)用，適用于光催化氧化處理難降解工業(yè)有機(jī)廢水，屬于水處理技術(shù)和環(huán)境功能材料領(lǐng)域。

技術(shù)背景

社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展促使工業(yè)化和城市化的水平不斷提高，相應(yīng)的石油化工、塑料、合成纖維、焦炭等工業(yè)得到迅猛發(fā)展，各種有機(jī)廢水排放量逐年增大。有機(jī)廢水具有致癌、致畸、致突變的潛在毒性，影響水生生物的生長和繁殖，污染飲用水水源，已經(jīng)嚴(yán)重威脅了人類的生存安全和健康發(fā)展，對經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成重要制約，因此，處理工業(yè)有機(jī)廢水迫在眉睫。工業(yè)上處理有機(jī)廢水的方法很多，常用的方法有生化發(fā)、氧化法、萃取法、吸附法、液膜分離法等，隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，傳統(tǒng)的污水處理方法已經(jīng)越來越難達(dá)到環(huán)保的要求和國家以及社會的期望。發(fā)展成本低且效率高的水處理技術(shù)，有效降解廢水中的色度、COD、特別是難降解物質(zhì)等，提高排放廢水的水質(zhì)，使其達(dá)到更高的要求，這對環(huán)境發(fā)展以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都顯得尤為重要。

Fenton反應(yīng)作為近年來作為國際上廣泛采用的一種新型高效氧化技術(shù)，其特點(diǎn)在于Fenton反應(yīng)能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化的·OH活性組分，可以將有毒或難降解的有機(jī)污染物礦化成為對環(huán)境無污染的CO₂和H₂O，用于廢水的深度凈化，是一種環(huán)境友好的綠色催化新工藝。隨著研究的深入，高效氧化技術(shù)在處理高濃度、難降解、毒性大的廢水方面有很大的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)紫外光的照射可以促使Fenton反應(yīng)產(chǎn)生更多的自由基，因此光Fenton法可以用于難降解污染物的去除。Fenton反應(yīng)通常在均相下進(jìn)行，盡管催化效率高且反應(yīng)容易控制，但對反應(yīng)的pH值要求苛刻(通常只在2.5～3.5的范圍內(nèi)才有高效的催化效果)，反應(yīng)體系易產(chǎn)生含鐵淤泥，造成二次污染。這些缺點(diǎn)很大程度上限制了Fenton反應(yīng)在降解水中的有機(jī)污染物的應(yīng)用。因此，人們?nèi)找孓D(zhuǎn)向?qū)Ψ蔷郌enton反應(yīng)的研究。非均相Fenton反應(yīng)催化劑主要集中在兩個(gè)方面：(1)尋找或制備合適的催化劑載體，使金屬的活性成分成分能夠均勻牢固的負(fù)載于載體上，以提高催化劑的性能及其固-液分離能力；(2)選取和優(yōu)化催化活性組分，通過優(yōu)化催化制備條件對催化劑活性組分中的金屬(晶型、晶體尺寸)進(jìn)行調(diào)控，以制備出催化效率更高、適應(yīng)性更佳、pH使用范圍更廣的高效穩(wěn)定復(fù)合型催化劑。綜上所述，非均相光Fenton反應(yīng)體系，不僅有利于提高有機(jī)工業(yè)廢水中有毒物質(zhì)的去除率，而且具有相對適宜反應(yīng)進(jìn)行的寬pH窗口，因此本研究采用非均相光Fenton體系作為反應(yīng)的條件。

目前光催化反應(yīng)器只停留在小型水處理工藝以及試驗(yàn)階段，缺乏大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，難以滿足現(xiàn)今工業(yè)化高度發(fā)展的需求。為了克服這些技術(shù)的缺陷，可將高活性、不易流失的金屬Fe、Mn、Ag、In、Bi、Sr等金屬負(fù)載在催化劑表面，利用金屬離子捕獲導(dǎo)帶中電子，以減少光生電子和空穴的復(fù)合，提高催化活性。通過催化劑的摻雜改性，擴(kuò)展其對光能的利用范圍，使相應(yīng)波長移至可見光區(qū)，提高光能的利用率，來降低工程成本。因此，尋找合適的催化劑作為金屬的活性組分載體來處理工業(yè)廢水有很好的前景。