CN113209970B - 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113209970B
CN113209970B CN202110525316.2A CN202110525316A CN113209970B CN 113209970 B CN113209970 B CN 113209970B CN 202110525316 A CN202110525316 A CN 202110525316A CN 113209970 B CN113209970 B CN 113209970B
Authority
CN
China
Prior art keywords
activated
carbon
drying
sludge
based catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110525316.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113209970A (zh
Inventor
马军
程平统
吴丽颖
孙志强
甄宇菲
李璐玮
佘月城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202110525316.2A priority Critical patent/CN113209970B/zh
Publication of CN113209970A publication Critical patent/CN113209970A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113209970B publication Critical patent/CN113209970B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/75—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201—Impregnation
    • B01J37/0207—Pretreatment of the support
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B01J37/088—Decomposition of a metal salt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/722—Oxidation by peroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
    • C02F2101/345—Phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/02—Specific form of oxidant
    • C02F2305/026—Fenton's reagent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用，它涉及一种碳基催化剂的方法及应用。本发明的目的是要解决现有使用过氧乙酸对水进行消毒效果差，采用辐射对过氧乙酸进行活化耗能高，采用金属离子活化易造成二次污染和采用碳纳米管活化成本较高的问题。一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法：一、脱水；二、烘干；三、活化污泥；四、引入过渡金属；五、水洗烘干。碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物。本发明适用于降解水中的有机物。

Description

一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种碳基催化剂的方法及应用。
背景技术
随着城市化发展与工业技术的提高，越来越多的难降解有机污染物进入水系统，对生态系统和人类健康造成潜在的不利影响，导致严重的环境问题。因此，如何高效降解有机污染物成为目前的研究热点。其中，高级氧化技术是处理难降解有机污染物的有效手段之一，具有氧化能力强、反应效率高、降解效果好等特点。而基于过氧乙酸活化的高级氧化技术是目前的研究热点。
过氧乙酸是一种有机过氧酸，可以在淡水和废水中进行水解，分解成乙酸和过氧化氢，目前应用在多种领域，包括食品、医疗、化学品和纺织等。因为过氧乙酸氧化能力强，灭菌能力高，与目前常规使用的氯系消毒剂相比具有同样高的消毒效率以及更低水平的消毒副产物生成，所以过氧乙酸在废水消毒领域也有越来越多的应用。但是过氧乙酸自身氧化效率不高，需要进行活化。目前关于过氧乙酸的活化方式主要有辐射活化(紫外线或者太阳能)、金属离子或金属氧化物活化和碳纳米管活化等。但是辐射活化需要外加能量，能耗高；金属离子活化容易因离子泄露而造成二次污染；碳纳米管活化成本较高。
发明内容
本发明的目的是要解决现有使用过氧乙酸对水进行消毒效果差，采用辐射对过氧乙酸进行活化耗能高，采用金属离子活化易造成二次污染和采用碳纳米管活化成本较高的问题，而提供一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用。
一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：将剩余污泥进行脱水，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥进行烘干，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
四、通过负载、共混或水热法在活化后的剩余污泥中引入过渡金属；
步骤四中所述的过渡金属为Fe、Mn或Co；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次～5次，干燥的温度为50℃～70℃，干燥的时间为6h～8h。
本发明的有益效果：
一、初沉池剩余污泥的纤维、无机氧化物含量高，制得的污泥生物炭比表面积大、活性组分分散均匀；二沉池剩余污泥生物质含量高，制得的污泥生物炭表面活性基团丰富且种类多但已堆积分散性差；将两者混合制备生物炭可实现优势互补提高生物炭性能，并且实现初沉泥和二沉泥的同步资源化；
二、本发明以剩余污泥制备的碳基催化剂具有较高的比表面积、丰富的表面含氧官能团(羟基、羧基、酮基、内酯基等)以及助催化剂(Fe、Al等金属氧化物)等成分，这些特性可用于多相Fenton催化、电催化、光催化、湿式氧化和臭氧氧化等多种水环境催化领域；
三、本发明以剩余污泥制备的碳基催化剂活化过氧乙酸；剩余污泥中含有丰富生物质有机质(如蛋白、多糖类)以及多种无机氧化物和金属离子。热解条件下污泥有机物中H、O原子会与边缘碳原子以化学键的方式结合并形成丰富的表面官能团(如羧基、内酯基、羰基、酚羟基、吡啶、吡咯等)，具备更强的吸附和催化性能，此外，污泥中各种灰分组成的水合无机氧化物(SiO2，Fe2O3，Al2O3等)在热解时则会通过脱水、缩合等形式形成新的矿物盐，成为活性位点沉积在碳晶表面或载体的孔道内，可以与过氧乙酸结合生成自由基，氧化降解有机污染物；
四、随着城市化发展，污水处理厂的污泥产量大幅增加，污泥中含有大量有毒化学物质以及病原微生物，需要进行稳定化、无害化、减量化、资源化处置，实现化害为利，循环利用的目的；本发明采用剩余污泥为原料，催化效率高且环境友好，反应条件温和，制备工艺及操作简单，应用成本低，适合工业化生产，具有广阔的应用前景；
五、本发明对有机污染物的去除率可达100％。
附图说明
图1为不同碳基催化剂投加量对4-氯苯酚的降解效果图，图中1为应用实施例1中碳基催化剂的投加量为5mg/L时的降解曲线，2为应用实施例2中碳基催化剂的投加量为10mg/L时的降解曲线，3为应用实施例3中碳基催化剂的投加量为20mg/L时的降解曲线，4为应用实施例4中碳基催化剂的投加量为25mg/L时的降解曲线，5为应用实施例5中碳基催化剂的投加量为30mg/L时的降解曲线，6为应用实施例6中碳基催化剂的投加量为40mg/L时的降解曲线；
图2为不同过氧乙酸溶液浓度对4-氯苯酚的降解效果图，图中1为应用实施例7降解4-氯苯酚的降解曲线，2为应用实施例8降解4-氯苯酚的降解曲线，3为应用实施例9降解4-氯苯酚的降解曲线，4为应用实施例10降解4-氯苯酚的降解曲线；
图3为不同pH值对4-氯苯酚的降解效果图，1为应用实施例11降解4-氯苯酚的降解曲线，2为应用实施例12降解4-氯苯酚的降解曲线，3为应用实施例13降解4-氯苯酚的降解曲线，4为应用实施例14降解4-氯苯酚的降解曲线，5为应用实施例14降解4-氯苯酚的降解曲线。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法是按以下步骤完成的：
一、脱水：将剩余污泥进行脱水，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥进行烘干，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
四、通过负载、共混或水热法在活化后的剩余污泥中引入过渡金属；
步骤四中所述的过渡金属为Fe、Mn或Co；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次～5次，干燥的温度为50℃～70℃，干燥的时间为6h～8h。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的剩余污泥为初沉池剩余污泥和二沉池剩余污泥中的一种或两种的混合物；步骤一中所述的脱水是以3000r/min～5000r/min的离心速度离心10min～20min；步骤二中所述的烘干的工艺为：将脱水后的剩余污泥在50～70℃的真空干燥箱中干燥6h～8h。其它步骤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点是：步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:(1～10)混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至650℃～850℃，再恒温活化1h～3h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗3h～12h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2、KOH、NaOH、K2CO3和KHCO3中的一种或多种。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
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点是：步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到过渡金属盐溶液中24h～25h，再进行干燥，最后在氮气气氛下热解，热解温度为600℃～800℃，热解时间为2h～4h；在活化后的剩余污泥中引入过渡金属；所述的过渡金属盐为硝酸亚铁、硝酸钴、氯化铁或硫酸锰；所述的过渡金属盐溶液的浓度为1mmol/L～3mmol/L，活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为(1g～3g):20mL。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
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点是：步骤四中所述的共混的具体工艺为：将活化后的剩余污泥与过渡金属盐或过渡金属氧化物混合，在活化后的剩余污泥中引入过渡金属；所述的过渡金属盐为硝酸亚铁、硝酸钴、氯化铁或硫酸锰；所述的过渡金属氧化物为铁的金属氧化物、钴的金属氧化物或锰的金属氧化物；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐或过渡金属氧化物的质量比为(70～95):(5～30)。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
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点是：步骤四中所述的水热法的具体工艺为：将活化后的剩余污泥加入到过渡金属盐溶液中，再转移到水热反应釜中，再在温度为150℃～350℃下进行水热反应8h～20h，在活化后的剩余污泥中引入过渡金属；所述的过渡金属盐为硝酸亚铁、硝酸钴、氯化铁或硫酸锰；所述的过渡金属盐溶液的浓度为30mmol/L～200mmol/L，活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为(1g～3g):20mL。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
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点是：碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
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点是：碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，向含有有机污染物的污水中加入过氧乙酸溶液，再将污水的pH值调节至5.0～9.0，得到混合液；向所述混合液中加入碳基催化剂进行降解，得到降解后的有机废水。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
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点是：所述的过氧乙酸溶液的质量分数为5％～40％；所述的混合液中过氧乙酸的浓度为50～5000mg/L，碳基催化剂的浓度为0.005～1g/L；所述的降解时间为5min～120min；所述的有机污染物为酚类有机污染物。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
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点是：所述的酚类有机污染物为4-氯苯酚。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：以4000r/min的离心速度离心10min，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥在温度为60℃下烘干8h，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:3混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至700℃，再恒温活化2h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗10h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2；
四、通过负载在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；
步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到3mmol/L的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中24h，再在60℃下烘干，最后在氮气气氛下热解，热解温度为800℃，热解时间为2h；在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；所述的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为1:1；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为1g:20mL。
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次，干燥的温度为60℃，干燥的时间为6h。
应用实施例1：碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入5mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线1所示；得到去除有机污染物的水。
应用实施例2：本实施例与应用实施例1的不同点是：向所述混合液中加入10mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线2所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
应用实施例3：本实施例与应用实施例1的不同点是：向所述混合液中加入20mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线3所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
应用实施例4：本实施例与应用实施例1的不同点是：向所述混合液中加入25mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线4所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
应用实施例5：本实施例与应用实施例1的不同点是：向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线5所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
应用实施例6：本实施例与应用实施例1的不同点是：向所述混合液中加入40mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图1中曲线6所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例1均相同。
图1为不同碳基催化剂投加量对4-氯苯酚的降解效果图，图中1为应用实施例1中碳基催化剂的投加量为5mg/L时的降解曲线，2为应用实施例2中碳基催化剂的投加量为10mg/L时的降解曲线，3为应用实施例3中碳基催化剂的投加量为20mg/L时的降解曲线，4为应用实施例4中碳基催化剂的投加量为25mg/L时的降解曲线，5为应用实施例5中碳基催化剂的投加量为30mg/L时的降解曲线，6为应用实施例6中碳基催化剂的投加量为40mg/L时的降解曲线；
从图1可知，4-氯苯酚的去除率分别达到24.9％、57.9％、63.0％、91.2％、100％和100％。
应用实施例7：碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.1mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图2中曲线1所示；得到去除有机污染物的水。
应用实施例8：本实施例与应用实施例7的不同点是：加入0.2mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图2中曲线2所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例7均相同。
应用实施例9：本实施例与应用实施例7的不同点是：加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图2中曲线3所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例7均相同。
应用实施例10：本实施例与应用实施例7的不同点是：加入0.5mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图2中曲线4所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例7均相同。
从图2可知，4-氯苯酚的去除率分别达到84.8％、96.7％、100％、100％。
应用实施例11：碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中有机污染物具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至3，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图3中曲线1所示；得到去除有机污染物的水。
应用实施例12：本实施例与应用实施例11的不同点是：再调节pH值至5，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图3中曲线2所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例11均相同。
应用实施例13：本实施例与应用实施例11的不同点是：再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图3中曲线3所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例11均相同。
应用实施例14：本实施例与应用实施例11的不同点是：再调节pH值至9，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图3中曲线4所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例11均相同。
应用实施例15：本实施例与应用实施例11的不同点是：再调节pH值至11，得到混合液；向所述混合液中加入30mg实施例1制备的碳基催化剂进行降解90min，利用高效液相色谱测定不同时刻溶液中4-氯苯酚浓度，见图3中曲线5所示；得到去除有机污染物的水。其它步骤及参数与应用实施例11均相同。
图3可知，4-氯苯酚的去除率分别达到48.4％、56.4％、100％、100％、92.6％。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，并非限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围。

Claims (4)

1.碳基催化剂的应用，其特征在于碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中4-氯苯酚，4-氯苯酚的去除率为100％，具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg碳基催化剂进行降解90min，得到去除有机污染物的水；
所述的碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：以4000r/min的离心速度离心10min，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥在温度为60℃下烘干8h，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:3混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至700℃，再恒温活化2h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗10h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2；
四、通过负载在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；
步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到3mmol/L的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中24h，再在60℃下烘干，最后在氮气气氛下热解，热解温度为800℃，热解时间为2h；在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；所述的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为1:1；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为1g:20mL；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次，干燥的温度为60℃，干燥的时间为6h。
2.碳基催化剂的应用，其特征在于碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中4-氯苯酚，4-氯苯酚的去除率为100％，具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入40mg碳基催化剂进行降解90min，得到去除有机污染物的水；
所述的碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：以4000r/min的离心速度离心10min，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥在温度为60℃下烘干8h，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:3混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至700℃，再恒温活化2h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗10h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2；
四、通过负载在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；
步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到3mmol/L的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中24h，再在60℃下烘干，最后在氮气气氛下热解，热解温度为800℃，热解时间为2h；在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；所述的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为1:1；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为1g:20mL；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次，干燥的温度为60℃，干燥的时间为6h。
3.碳基催化剂的应用，其特征在于碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中4-氯苯酚，4-氯苯酚的去除率为100％，具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.5mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至7，得到混合液；向所述混合液中加入30mg碳基催化剂进行降解90min，得到去除有机污染物的水；
所述的碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：以4000r/min的离心速度离心10min，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥在温度为60℃下烘干8h，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:3混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至700℃，再恒温活化2h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗10h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2；
四、通过负载在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；
步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到3mmol/L的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中24h，再在60℃下烘干，最后在氮气气氛下热解，热解温度为800℃，热解时间为2h；在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；所述的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为1:1；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为1g:20mL；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次，干燥的温度为60℃，干燥的时间为6h。
4.碳基催化剂的应用，其特征在于碳基催化剂用于活化过氧乙酸降解水中4-氯苯酚，4-氯苯酚的去除率为100％，具体是按以下步骤完成的：
常温常压下，将5mL浓度为100mg/L的4-氯苯酚溶液加入到94.7mL的去离子水中，混合均匀，得到含有有机污染物的污水；在搅拌速度为450r/min～550r/min的条件下，加入0.3mL质量分数为13.25％的过氧乙酸溶液，再调节pH值至9，得到混合液；向所述混合液中加入30mg碳基催化剂进行降解90min，得到去除有机污染物的水；
所述的碳基催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、脱水：以4000r/min的离心速度离心10min，得到脱水后的剩余污泥；
二、烘干：将脱水后的剩余污泥在温度为60℃下烘干8h，得到烘干后的剩余污泥；
三、活化污泥：采用化学活化法对烘干后的剩余污泥进行活化，得到活化后的剩余污泥；
步骤三中所述的化学活化法的具体工艺为：将烘干后的剩余污泥与活化剂按照质量比1:3混合，再研磨均匀，置于管式炉中，在气体流量为200mL/min的氮气保护下，以5℃/min的速率升温至700℃，再恒温活化2h，自然冷却至室温，得到活化处理后的产物；使用盐酸对活化处理后的产物进行酸洗10h，得到活化后的剩余污泥；所述的盐酸的质量分数为37％；所述的活化剂为ZnCl2；
四、通过负载在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；
步骤四中所述的负载的具体工艺为：将活化后的剩余污泥浸入到3mmol/L的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中24h，再在60℃下烘干，最后在氮气气氛下热解，热解温度为800℃，热解时间为2h；在活化后的剩余污泥中引入Fe和Co；所述的硝酸铁和硝酸钴混合溶液中硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为1:1；所述的活化后的剩余污泥的质量与过渡金属盐溶液的体积比为1g:20mL；
五、水洗烘干：使用去离子水对引入过渡金属的剩余污泥进行水洗，再进行干燥，得到碳基催化剂；
步骤五中所述的水洗的次数为3次，干燥的温度为60℃，干燥的时间为6h。
CN202110525316.2A 2021-05-13 2021-05-13 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用 Active CN113209970B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525316.2A CN113209970B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525316.2A CN113209970B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113209970A CN113209970A (zh) 2021-08-06
CN113209970B true CN113209970B (zh) 2023-05-05

Family

ID=77095593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110525316.2A Active CN113209970B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113209970B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113860472B (zh) * 2021-10-28 2022-11-01 武汉大学 一种利用不同炭材料活化过氧乙酸经电子转移机制去除水中污染物的方法及其应用
CN114229983A (zh) * 2021-11-29 2022-03-25 哈尔滨工业大学（深圳） 利用含铁剩余污泥制备催化活性生物炭及抗生素去除方法
CN114950455A (zh) * 2022-06-15 2022-08-30 上海康恒环境股份有限公司 一种类芬顿催化剂及其制备方法和应用
CN115739087B (zh) * 2022-11-10 2024-03-08 哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司 一种新型金属生物炭复合催化剂实现持久性自由基再生的方法与应用
CN116002842B (zh) * 2022-12-22 2024-04-12 昆明理工大学 碳纳米管负载型催化剂活化过氧乙酸降解卡马西平的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108298668A (zh) * 2018-03-31 2018-07-20 苏州科技大学 一种降解废水中偶氮染料金橙g的方法
CN108503153A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 中国石油化工股份有限公司 一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法
CN108855083A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 西南交通大学 一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法
CN111592089A (zh) * 2020-05-25 2020-08-28 同济大学 一种人粪制生物炭活化过氧乙酸去除尿液中药物的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0422494A (ja) * 1990-05-17 1992-01-27 Komatsu Ltd 排水の分解処理方法
CN101721973B (zh) * 2010-01-15 2011-11-09 北京工业大学 一种污泥基脱硫剂及其制备方法
CN101954297A (zh) * 2010-09-17 2011-01-26 哈尔滨工业大学 催化剂的制备方法及利用催化剂催化臭氧氧化的水处理方法
CN102626627A (zh) * 2012-03-26 2012-08-08 南京大学 一种活性炭负载亚铁的非均相芬顿试剂氧化催化剂的制备方法
JP5941746B2 (ja) * 2012-05-09 2016-06-29 水ｉｎｇ株式会社 過酢酸含有廃水の処理方法および処理装置
CN103979631B (zh) * 2014-05-28 2015-08-19 扬州石化有限责任公司 一种废水中苯酚的吸附-催化氧化降解方法
CN104226293B (zh) * 2014-09-04 2016-08-17 浙江大学 基于污泥处理制备多相复合型催化剂的方法、产品及应用
CN106944053A (zh) * 2017-02-14 2017-07-14 浙江省农业科学院 一种污泥炭基类Fenton催化剂及其制备方法和应用
CN108002513A (zh) * 2018-01-11 2018-05-08 苏州科技大学 一种活化有机过氧化物降解染料废水的方法
CN110302751A (zh) * 2019-05-21 2019-10-08 肇庆市珈旺环境技术研究院 一种复合生物质炭材料及其制备方法和应用
CN112169755A (zh) * 2020-09-24 2021-01-05 武汉理工大学 一种应用于水中四环素去除的水热合成的氯化锌活化的磁性污泥生物炭的制备方法
CN113198473B (zh) * 2021-04-29 2023-02-17 清创人和生态工程技术有限公司 一种过渡金属氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用
CN114804581A (zh) * 2022-05-10 2022-07-29 兰州理工大学 一种联合强化污泥脱水的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108503153A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 中国石油化工股份有限公司 一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法
CN108298668A (zh) * 2018-03-31 2018-07-20 苏州科技大学 一种降解废水中偶氮染料金橙g的方法
CN108855083A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 西南交通大学 一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法
CN111592089A (zh) * 2020-05-25 2020-08-28 同济大学 一种人粪制生物炭活化过氧乙酸去除尿液中药物的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113209970A (zh) 2021-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113209970B (zh) 一种以剩余污泥制备碳基催化剂的制备方法及应用
CN108675430B (zh) 产生硫酸根自由基和活性氧物种的催化方法及难生物降解有机污染物的高级氧化方法
Elleuch et al. A new insight into highly contaminated landfill leachate treatment using Kefir grains pre-treatment combined with Ag-doped TiO2 photocatalytic process
CN110743588A (zh) 一种氮掺杂生物炭催化材料及其制备方法与应用
CN110665512B (zh) 二氧化锰-磁性生物炭复合催化剂及其制备方法和用途
CN113941343A (zh) 一种污泥基复合催化剂及其制备方法和应用
CN110606539B (zh) 一种污泥资源化利用处理有机废水的方法
CN108083347A (zh) 钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备及其产品和应用
Ma et al. Iron pyrophosphate doped carbon nanocomposite for tetracycline degradation by activation of peroxymonosulfate
CN114345344A (zh) 一种过硫酸盐催化剂及其制备方法与应用
CN112206779B (zh) MIL-100(Fe/Co)衍生磁性复合材料催化降解水中氯霉素的方法及应用
CN112121798B (zh) MIL-101(Fe/Co)衍生磁性铁酸钴催化降解水中氯霉素的方法及应用
CN110743524B (zh) 表面高碱性球状活性炭臭氧催化剂及其应用
CN111889126A (zh) 一种具有可见光响应的类芬顿材料的制备方法及应用
CN113087336B (zh) 一种基于铁基催化剂湿式氧化法处理污泥的方法
CN115382552A (zh) 一种用于催化降解磺胺甲恶唑的赤泥负载生物炭及其应用
CN115041166A (zh) 一种非均相过硫酸盐催化剂及其制备方法和应用
CN107626326B (zh) 一种用于降解煤化工废水的催化剂及其制备方法与应用
CN108097236B (zh) 用于降解工业废水中苯酚的生物光催化剂及其制备方法
CN115739087B (zh) 一种新型金属生物炭复合催化剂实现持久性自由基再生的方法与应用
CN115739023B (zh) 一种基于微生物富集的铁氮共掺杂生物碳材料、其制备方法及应用
CN115501910B (zh) 有机-无机光催化剂AE/FeOOH及其制备方法和应用
CN114515575B (zh) 一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料及其应用
CN113976125A (zh) Co掺杂ZnO催化剂及其制备方法和应用
CN115245825B (zh) 一种由动物粪便转化的类芬顿催化剂及其合成方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant