[發(fā)明專(zhuān)利]一種鐵碳微電解-類(lèi)芬頓催化體系及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010188528.1
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111389435B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷曰彩;李森;張楊;陳杲;許明言;唐俊杰;徐思遙;張宏玲;宋一帆;李泓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/22
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/22;B01J35/10;B01J35/04;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種鐵碳微電解?類(lèi)芬頓催化體系及應(yīng)用，該體系包括蜂窩陶瓷類(lèi)芬頓催化劑和鐵碳微電解填料。所述的蜂窩陶瓷類(lèi)芬頓催化劑包括多孔蜂窩陶瓷基體，粘結(jié)劑和鐵活性組分，其中粘結(jié)劑的上載量為80～130g/L，鐵活性組分的上載量為30～90g/L。所述的鐵碳微電解填料包括以下重量百分比含量的組分：鐵基材料40～70％、碳基材料15～30％、粘結(jié)劑5～25％和介孔劑1～20％。將所述鐵碳微電解?類(lèi)芬頓催化體系用于處理有機(jī)廢水，在有機(jī)廢水中加入蜂窩陶瓷類(lèi)芬頓催化劑和鐵碳微電解填料，同時(shí)進(jìn)行水循環(huán)和曝氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中以鐵碳微電解反應(yīng)內(nèi)源產(chǎn)生的Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;替代外源添加的Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;，效果穩(wěn)定持久并且可重復(fù)利用，可以降低企業(yè)廢水處理的成本和風(fēng)險(xiǎn)，便于實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，涉及一種鐵碳微電解-類(lèi)芬頓催化體系及在廢水處理方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展為國(guó)民經(jīng)濟(jì)做出了極大貢獻(xiàn)，同時(shí)也產(chǎn)生了許多難以處理的工業(yè)廢水，廢水中的有機(jī)污染物長(zhǎng)期在土壤和水體中積累，有些甚至具有致癌，致畸和致突變作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成威脅。另一方面，隨著我國(guó)生態(tài)文明體制改革不斷推進(jìn)，綠水青山就是金山銀山的理念深入人心，綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展成為社會(huì)共識(shí)，國(guó)家對(duì)企業(yè)污水排放的標(biāo)準(zhǔn)要求也日趨嚴(yán)格。而這些化工有機(jī)污染物，都具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，生物可降解性極差的特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的生化處理方法難以去除。

近年來(lái)，高級(jí)氧化法(AOPs)在處理難降解廢水方面取得了顯著進(jìn)展。?AOPs(Fenton氧化及類(lèi)Fenton氧化)的核心機(jī)理是產(chǎn)生羥基自由基(·OH)，這種自由基具有很強(qiáng)的氧化能力(E₀＝2.8V)，可以無(wú)選擇性地氧化分解大多數(shù)難降解的有機(jī)物，在有機(jī)廢水處理應(yīng)用方面前景廣闊。經(jīng)典的均相芬頓體系是指Fe²⁺/H₂O₂體系，存在pH適用范圍窄(2.0～4.0)、反應(yīng)產(chǎn)生大量鐵泥、催化劑Fe²⁺難以回收等問(wèn)題。另外，單金屬或金屬氧化物催化劑易團(tuán)聚，也限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

非均相類(lèi)芬頓催化劑通過(guò)載體負(fù)載的方式，以固相鐵基材料代替均相Fe²⁺溶液，具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)避免催化劑的團(tuán)聚現(xiàn)象，提高其分散性能；(2)在高溫等環(huán)境下更加穩(wěn)定；(3)增強(qiáng)了催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，使其可以有效回收并重復(fù)利用；?(4)提高了比表面積等表面性能，提供大量的反應(yīng)活性位點(diǎn)，吸附有機(jī)污染物并使其與催化劑反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了催化劑降解去除有機(jī)污染物的性能。

目前，非均相類(lèi)芬頓催化劑處理難降解有機(jī)物依賴(lài)強(qiáng)氧化劑H₂O₂的存在，而?H₂O₂在使用和存儲(chǔ)過(guò)程中存在安全隱患，容易引起燃燒和爆炸，并且具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)設(shè)備的要求較高，增加廢水處理的運(yùn)行成本，另外H₂O₂分解速度快，導(dǎo)致整體利用率低。因此，類(lèi)芬頓氧化技術(shù)的研究還僅局限于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模應(yīng)用階段，安全因素和實(shí)際運(yùn)行成本使其難以得到有效的應(yīng)用。故在高效非均相類(lèi)芬頓催化劑的開(kāi)發(fā)中，制備價(jià)廉易得、比表面積大和活性高的類(lèi)芬頓催化劑，同時(shí)尋找氧化劑的替代因素，在水處理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

鐵碳微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水，因其工藝簡(jiǎn)單、操作方便且可以達(dá)到以廢治廢的目的而在近年來(lái)受到廣泛重視。由于鐵和碳之間的電極電位差(1.2V)，廢水中會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)微原電池，反應(yīng)過(guò)程是以鐵為陽(yáng)極，含碳物質(zhì)作為陰極，廢水中的離子作為電解質(zhì)，從而形成電池反應(yīng)。

陽(yáng)極反應(yīng)(Fe)：

Fe-2e^-→Fe²⁺，Eθ(Fe^2+/Fe)＝-0.44(V)