CN102580755A

CN102580755A - 活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN102580755A
Application number: CN2012100698739A
Authority: CN
Inventors: 李伟光; 王勇; 杨力
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-07-18

Abstract

活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，它涉及一种催化剂的制备方法。本发明解决了现有载铁粘土催化剂的载体粘土吸附有机污染物的能力较弱的技术问题。本方法如下：一、铁铋溶液浸渍活性炭；二、水热法形成铁铋纳米颗粒；三、催化剂高温煅烧，即得。采用本发明所得的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂对皮革废水进行多相光Fenton深度处理，反应2h后COD去除率为72％，可见活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂在偏中性条件下具有很高的催化活性，拓宽了Fenton反应的pH范围，该催化剂可用于催化Fenton反应降解水中难生物降解有机污染物。

Description

活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法。

背景技术

Fenton氧化体系广泛应用于水污染治理，尤其适用于处理工业废水中难生物降解有机污染物。Fenton氧化体系包括Fe²⁺与H₂O₂参与的传统均相Fenton、UV协助作用的光Fenton、催化剂(铁盐等)以固相存在的多相Fenton。传统均相Fenton虽然具有反应条件温和、降解效果显著等优势，但是存在两个主要缺陷：(1)处理出水中含有大量铁盐，需要加碱沉淀将铁与水分离；(2)酸性反应环境，通常控制pH值为2-4。

多相Fenton技术将铁盐等催化成分以固体形式存在，能够有效拓宽反应体系的pH范围，并且处理出水中溶解性铁盐量很少，省去加碱沉淀铁盐的操作。因此，多相Fenton是一项极具发展前景的高效水污染治理技术。目前，多相Fenton在国内外引起广泛关注，研发重点是新型催化剂的制备。多相Fenton使用的催化剂包括：天然含铁矿石、纳米级铁氧化物、载铁粘土等。载铁粘土催化剂在文献报道中出现最多(例如S.Navalon，M.Alvaro等人，Applied Catalysis B：Environmental 2010，第99卷，第1-26页；E.G.Garrido-Ramírez，B.K.G.Theng等人，Applied Clay Science 2010，第47卷，第182-192页)，粘土上负载的铁或是通过离子交换作用以铁离子形式存在，或是纳米级铁氧化物，大量研究表明粘土负载纳米级铁氧化物具有更高催化活性。此外，将纳米级铁氧化物与粘土结合在一起，容易与水溶液分离，便于催化剂重复使用。但是，粘土吸附有机污染物的能力相对较弱，而有机物污染物由液相转移到固相催化剂是多相Fenton反应的关键步骤，因此选择具有较高吸附能力的载体是提高多相Fenton催化剂性能的一种途径。

发明内容

本发明为解决了现有载铁粘土催化剂的载体粘土吸附有机污染物的能力较弱的技术问题，提供了一种活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法。

本发明活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法如下：

一、铁铋溶液浸渍活性炭：将5g～20g活性炭加到100mL铁和铋的混合溶液中，在30℃恒温摇床振荡24小时，得混合液；

二、水热法形成铁铋纳米颗粒：将混合液转移至高压反应釜内，调节混合液的pH值为7～10，然后在100℃～200℃的温度下保温12h～24h，得到负载纳米级铁铋的活性炭；

三、催化剂高温煅烧：将负载纳米级铁铋的活性炭用蒸馏水冲洗5次后转移至马弗炉内，在100℃～400℃的温度下烧结2h～10h，得到活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂；步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铁和铋摩尔浓度分别为0.1mol/L～0.5mol/L。步骤二中用质量浓度为20％的NaOH溶液调节混合液的pH值。步骤一中所述的活性炭是破碎活性炭或颗粒活性炭。

本发明的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂对有机污染物具有高效吸附性能和催化Fenton反应能力的新型多相光Fenton催化剂。该催化剂以活性炭作为载体，采用水热法将纳米级铁铋颗粒与活性炭结合，这种催化剂将活性炭的优越吸附性能和铁铋纳米颗粒的高效催化能力结合在一起，可用作多相光Fenton降解有机污染物的高效催化剂。

本发明所述活性炭可以是破碎活性炭或颗粒活性炭。破碎活性炭质轻，容易实现流态化，以破碎炭为载体的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂适用于流化床多相Fenton反应器；颗粒活性炭形状规则，以颗粒活性炭为载体的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂适用于固定床多相Fenton反应器。

本发明所述铁铋纳米级颗粒通过水热法制备。水热法是指在特定的密闭反应容器(高压釜)中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中产生高压环境而进行制备无机合成与材料制备的一种有效的方法。

采用本发明所得的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂对皮革废水进行多相光Fenton深度处理，反应2h后COD去除率为72％；而活性炭负载纳米级Fe₂O₃的COD去除率仅为40％，可见活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂在偏中性条件下具有很高的催化活性，拓宽了Fenton反应的pH范围，该催化剂可用于催化Fenton反应降解水中难生物降解有机污染物。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法如下：

三、催化剂高温煅烧：将负载纳米级铁铋的活性炭用蒸馏水冲洗5次后转移至马弗炉内，在100℃～400℃的温度下烧结2h～10h，得到活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂；步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铁和铋摩尔浓度分别为0.1mol/L～0.5mol/L。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中用质量浓度为20％的NaOH溶液调节混合液的pH值。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中所述的活性炭是破碎活性炭或颗粒活性炭。其它与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铁的摩尔浓度为0.3mol/L。其它与具体实施方式一三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铋的摩尔浓度为0.3mol/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中调节混合液的pH值为8.0～8.5。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中在150℃的温度下保温。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中保温时间为20h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三在200℃的温度下烧结。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三烧结时间为8h。其它与具体实施方式一至九之一相同。

采用下述实验验证本发明的实验效果：

活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法如下：

一、取100mL纯净水，加入20mL浓硝酸，然后加入0.05mol的硝酸铁和0.05mol的硝酸铋，待溶解完全后加入10g过60目筛网的破碎炭，得到混有活性炭的铁铋溶液；

二、将步骤一制备的混有活性炭的铁铋溶液转移到恒温摇床，在30℃温度下振荡24h；

三、将经过步骤二处理的混有活性炭的铁铋溶液转移到高压反应釜，用20％NaOH(质量浓度)溶液调节溶液的pH值为8.0；

四、将步骤三的高压反应釜置于烘箱内，在180℃的温度下保温24h；

五、将步骤四所得的产物用60目筛网过滤、用蒸馏水反复冲洗5次，然后放入马弗炉，在350℃的温度下烧结2h，即得活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂。

将所得的活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂对皮革废水进行多相光Fenton深度处理，(反应条件为：皮革废水COD浓度200mg/L，初始pH值6.57，H₂O₂浓度9.38mmol/L，8w紫外灯提供光源，温度25℃)，反应2h后COD去除率为72％；而活性炭负载纳米级Fe₂O₃的COD去除率仅为40％，可见活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂在偏中性条件下具有很高的催化活性，拓宽了Fenton反应的pH范围，该催化剂可用于催化Fenton反应降解水中难生物降解有机污染物。

Claims

1.活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法如下：

2.根据权利要求1所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中用质量浓度为20％的NaOH溶液调节混合液的pH值。

3.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的活性炭是破碎活性炭或颗粒活性炭。

4.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铁的摩尔浓度为0.3mol/L。

5.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述铁和铋的混合溶液中铋的摩尔浓度为0.3mol/L。

6.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中调节混合液的pH值为8.0～8.5。

7.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中在150℃的温度下保温。

8.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中保温时间为20h。

9.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤三在200℃的温度下烧结。

10.根据权利要求1或2所述活性炭负载铁铋多相光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤三烧结时间为8h。