[發明專利]一種應用于濕式氧化的Cu-Fe雙金屬絡合型磁性殼聚糖炭氣凝膠催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202011092546.6
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112169797B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 秦俠;郭城睿
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J37/08;B01J21/18;C02F1/72;C02F101/30;C02F103/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種應用于濕式氧化的Cu?Fe雙金屬絡合型磁性殼聚糖炭氣凝膠催化劑的制備方法屬于環境功能材料領域。本發明以殼聚糖炭為載體，Cusupgt;0/supgt;、Cusubgt;2/subgt;O、Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;和Fesupgt;0/supgt;為主要活性組分，制備成絡合型催化劑。催化劑的制備利用殼聚糖分子與金屬離子之間的絡合作用，制備成Cu?Fe絡合型溶膠。將溶膠滴入氫氧化鈉溶液去質子固化形成小球，再經水洗，冷凍，凍干和煅燒過程制備成有磁性的氣凝膠催化劑。本發明制備的催化劑具有較大的比表面積，通過絡合作用將載體與金屬活性組分結合起來，避免了傳統浸漬法負載成分低，易溶出的缺點，且可以利用外加磁場進行回收。將催化劑用于濕式氧化處理垃圾滲濾液納濾濃縮液，發現對腐植酸和富里酸去除效果較好，COD去除率可達74.6％～86.8％。

技術領域

本專利涉及一種用于濕式氧化處理垃圾滲濾液膜濾濃縮液的催化劑制備方法，屬于環境功能材料技術領域。

背景技術

城市垃圾數量的劇增導致垃圾滲濾液的處理成為亟待解決的問題。在2010年，環保部發布的《生活垃圾填埋場滲濾液工程技術規范(試行)》中，把納濾膜技術工藝和反滲透工藝作為推薦的垃圾填埋場的垃圾滲濾液深度處理工藝，并已在許多垃圾填埋場得到采用。雖然膜技術能去除大部分的污染物，但是會產生大約20％～30％的膜濾濃縮液。尤其是納濾膜濃縮液，具有很高的COD，色度大、可生化性差。濃縮液總溶解性有機物包含低分子量的脂肪酸類、高分子的腐殖質類和中等分子量的灰黃酸類物質。其中腐殖質類物質被公認為是濃縮液有機碳中的主要成分及難降解部分，也是造成滲濾液色度的主要物質，主要分為腐殖酸和富里酸及其他難降解物質，其含量一般可占滲濾液總有機碳(TOC)的60％左右。由于納濾濃縮液可生化性差的特點，采用傳統的生物處理法很難達到排放標準。

濕式氧化法(Wet?Air?Oxidation，簡稱WAO)是從20世紀50年代發展起來的一種重要的處理有毒、有害、高濃度有機廢水的有效的處理方法。它是指在高溫(125-320℃)和高壓(0.5-20MPa)條件下，以純氧或空氣中的氧氣為氧化劑，在液相體系中將有機污染物氧化成CO₂和水等無機物或小分子有機物，從而達到去除污染物的目的。與常規的處理方法相比，濕式氧化法具有應用范圍廣、處理效率高、氧化速率快、二次污染小等特點，是處理高濃度難降解有機廢水的極有發展前景的技術之一。

由于濕式氧化高溫高壓等苛刻的反應條件，限制了其大規模工業化應用。因此研究人員在傳統濕式氧化基礎上研究了利用高效、穩定的催化劑的催化濕式氧化法(Catalytic?Wet?Air?Oxidation，簡稱CWAO)。催化濕式氧化技術(CWAO)是對傳統WAO技術的改進和升級，它通過加入適宜的催化劑降低反應活化能，降低所需的溫度和壓力，縮短反應時間，使反應能夠在相對溫和的條件下完成，提高氧化分解能力。因此，催化劑的研究與制備成為了催化濕式氧化法的熱點和重點。

活性炭是一種常用的催化劑和催化劑載體。用活性炭做載體相比其他的載體而言具有獨特的優勢，因為碳材料具有獨特的化學穩定性及熱穩定性，同時其本身就是一種催化劑，當與其他的金屬組分結合時會產生協同效應。目前負載于活性炭上的活性物質主要是過渡金屬和貴金屬。銅、鐵是常見的過渡金屬，具有高效廉價的特點，作為催化劑的活性組分可提高催化劑的氧化還原能力和電子轉移能力，有效增強反應系統對難降解有機物的氧化降解能力。

傳統催化劑制備方法是以碳材料作為載體，過渡金屬為活性組分，利用浸漬焙燒的方法進行負載，這種方法制備的催化劑金屬負載量低，活性組分易流失，催化劑穩定性差。本發明利用殼聚糖易與金屬離子絡合的特性，制備雙金屬Cu-Fe絡合型殼聚糖氣凝膠催化劑，具有負載量可控，和金屬溶出率低和易于回收的優點。XRD表征顯示，催化劑中Cu、Fe的主要以Cu⁰、Cu₂O、Fe₃O₄和Fe⁰的形式存在，具有較高催化過氧化氫分解成強氧化性自由基的能力。

發明內容