CN117463388A - 一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117463388A CN117463388A CN202311421808.2A CN202311421808A CN117463388A CN 117463388 A CN117463388 A CN 117463388A CN 202311421808 A CN202311421808 A CN 202311421808A CN 117463388 A CN117463388 A CN 117463388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- livestock
- water treatment
- waste recycling
- poultry waste
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 76
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 244000144972 livestock Species 0.000 title claims abstract description 38
- 244000144977 poultry Species 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 claims abstract description 65
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 claims abstract description 63
- 241000272201 Columbiformes Species 0.000 claims abstract description 58
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 claims abstract description 23
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 20
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 19
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims abstract description 17
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 claims abstract description 13
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 claims abstract description 13
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 11
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 8
- 230000035807 sensation Effects 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 10
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 10
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 abstract description 2
- OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N tetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 7
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 6
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 4
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 3
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 3
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 description 3
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 3
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical class [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- CQPFMGBJSMSXLP-ZAGWXBKKSA-M Acid orange 7 Chemical compound OC1=C(C2=CC=CC=C2C=C1)/N=N/C1=CC=C(C=C1)S(=O)(=O)[O-].[Na+] CQPFMGBJSMSXLP-ZAGWXBKKSA-M 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M potassium;sulfooxy sulfate Chemical compound [K+].OS(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000017502 proteosome-associated autoinflammatory syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
-
- 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
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- 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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
本发明涉及水污染治理技术领域，尤其是涉及一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：向干燥后的鸽粪中加入前驱体溶液进行浸渍，浸渍完成后依次进行蒸干、烘干，得到催化剂前驱体；将催化剂前驱体进行热解，热解完成后依次进行研磨、离心洗涤和干燥，得到畜禽废物资源化水处理催化剂；其中，所述前驱体溶液为葡萄糖和尿素中的任意一种或两种的水溶液。本发明所使用的原材料为畜禽粪便，原料廉价易得，所制备得到的催化剂可用于活化过硫酸盐产生单线态氧，高效处理水中的有机污染物，包括难处理的新污染物四环素(TC)及环丙沙星(CIP)，只需要添加微量的过硫酸盐即可达到优异处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及水污染治理技术领域，尤其是涉及一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，我国废水排放量大，相应的废水处理量也大，其处理过程能耗高、效率低一直是我国处理污废水的难题，需要耗费大量的人力和物力，因此，亟需研发低成本高效率的水处理技术和方法。
我国畜禽粪便排放量大，常规处理方式主要是腐熟堆肥处理，所需时间长，占地面积大，产生臭味，污染环境，且存在畜禽废弃物利用率低等问题。鸽粪廉价易得，富含丰富的有机质和无机质，含有鸽子摄入饲料中大量的营养物，其富含碳、氮、磷、钙、铁等元素，是制备水处理催化剂的优秀原料。
以鸽粪为原料制备水处理催化剂，一方面将废物资源化，另一方面高效净化废水。这种以废治废的水处理技术既可将废物合理资源化，又可极大地降低水处理成本，同时收获生态效益和经济效益。
中国发明专利CN 113828361 A公开了一种废物资源化催化剂及其制法和在处理有机污染物中的应用，该催化剂以鸡粪为原料，通过对鸡粪风干粉碎及热解再脱水缩合退化还原处理所得，该催化剂虽具备活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的能力，进而可降解水中有机污染物以达到净化污水的效果。但是，该催化剂处理有机污染物时，所需要的过硫酸盐浓度高，并且净化污水所需的时间长，限制了其在有机污染物污水中的应用。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用，该催化剂仅需活化微量过硫酸盐即可达到高效处理效果，并且其催化效果好，废水处理效果高，稳定性好，使用寿命长。
第一方面，本发明提供一种畜禽废物资源化水处理催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、向干燥后的鸽粪中加入前驱体溶液进行浸渍，浸渍完成后依次进行蒸干、烘干，得到催化剂前驱体；
S2、将催化剂前驱体进行热解，热解完成后依次进行研磨、离心洗涤和干燥，得到畜禽废物资源化水处理催化剂；
其中，所述前驱体溶液为葡萄糖和尿素中的任意一种或两种的水溶液。
本发明的畜禽废物资源化水处理催化剂在制备过程中，首先对鸽粪进行干燥处理，然后将干燥后的鸽粪浸渍在葡萄糖、尿素等的前驱体溶液中，使葡萄糖或尿素等物质均匀负载在鸽粪表面，经过蒸干、烘干并与鸽粪碳元素共热后形成类石墨烯基底，经过鸽粪中钙、铁等金属元素的诱导，类石墨烯基底与金属离子形成阳离子π结构，进而构成电子分布不均匀的活性催化位点，该活性催化位点具备活化过硫酸盐产生单线态氧的能力。
本发明之所以使用葡萄糖和尿素中的任意一种或两种作为前驱体浸渍液，是因为前驱体碳元素的加入可以增加有序碳的含量，在热解过程中促进类石墨烯基底的形成；前驱体氮元素的加入进一步调控类石墨烯基底的电子分布，增强活性位点的电子极化，从而增强催化剂活性。
因此，本发明所制备得到的畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐联用可用于降解水中多种污染物，并可在短时间内以达到净化废水的效果。
作为本技术方案优选地，步骤S1中，所述干燥时，将鸽粪干燥至水分含量在10％以下，可采用室外晒制或风吹等方法。
本发明在鸽粪干燥后，可进一步对鸽粪进行筛网过筛、去除砂砾、羽毛等杂质，其中，筛网过筛时优选60-100目筛网。
作为本技术方案优选地，步骤S1中，所述浸渍时，控制干燥后的鸽粪与前驱体溶液的固液浸渍比为1g：(1-20)mL，并优选为1：(10-20)mL，其中，前驱体溶液的浓度为0.1-10mmol/L，并优选为5-10mmol/L。
作为本技术方案优选地，步骤S1中，所述蒸干时，将浸渍完成后的体系置于水浴锅中搅拌蒸干，以去除大部分水分，其中，水浴锅的温度为60-80℃；将搅拌蒸干后的体系进一步置于烘箱中进行烘干，以得到干燥的催化剂前驱体，其中，烘箱的温度为60-100℃。
进一步将负载有葡萄糖或尿素前驱体的鸽粪置于马弗炉中进行热解，以使葡萄糖、尿素等前驱体与鸽粪碳元素共热形成类石墨烯基底，并在鸽粪中钙、铁等金属元素的诱导下，形成阳离子π结构，构成电子分布不均匀的活性催化位点，使制成的催化剂具备活化过硫酸盐产生单线态氧的能力，其中，热解的具体条件为先于500-600℃下热解30-60min，然后程序升温至600-800℃热解30-60min，升温速率为5-10℃/min。
进一步研究表面，本发明热解优选的条件为600℃下热解60min，保持600℃继续热解60min，升温速率5℃/min。
热解完成后，进一步使用研钵对催化剂进行研磨，并研磨至没有明显颗粒感；所述离心洗涤时，使用水或其他可替代清水的药剂如乙醇等溶剂进行清洗，并离心分离3-5次，其中，离心时，控制离心机的转速为8000-10000rpm。
第二方面，本发明还公开了上述制备方法制备得到的畜禽废物资源化水处理催化剂，该催化剂只需要活化微量过硫酸盐即可达到高效处理效果，也理应属于本发明的保护范围。
第三方面，本发明还公开了上述制备方法制备得到的畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐联合在含有机污染物废水处理中的应用，也理应属于本发明的保护范围。
其中，所述有机污染物包括四环素和环丙沙星中的任意一种或两种，且有机污染物的浓度为0.5-10mg/L。
此外，研究表明，本发明的畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐在含有机污染物废水处理中使用时，优选地，控制畜禽废物资源化水处理催化剂在废水中的浓度为0.05-1g/L，过硫酸盐在废水中的浓度为0.05-0.2mmol/L。可见，该催化剂大大降低了药剂的使用量，显著降低了废水中有机污染物的处理成本。
本发明的畜禽废物资源化水处理催化剂，至少具有以下有益技术效果：
1、本发明的畜禽废物资源化水处理催化剂在制备过程中，首先对鸽粪进行干燥处理，然后将干燥后的鸽粪浸渍在葡萄糖或尿素的前驱体溶液中，使葡萄糖或尿素物质均匀负载在鸽粪表面，经过蒸干、烘干并与鸽粪碳元素共热后形成类石墨烯基底，经过鸽粪中钙、铁等金属元素的诱导，类石墨烯基底与金属离子形成阳离子π结构，进而构成电子分布不均匀的活性催化位点，该活性催化位点具备活化过硫酸盐产生单线态氧的能力。因此，本发明所制备得到的畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐联用可用于降解水中多种污染物，并可在短时间内以达到净化废水的效果；
2、本发明所使用的原材料为畜禽粪便，原料廉价易得，所制备得到的催化剂可用于污水中有机污染物的处理，以废治废，有效缓解了环境修复的压力，节约了资源能源，并且该制备方法工艺简单，可操作性强，生产制备成本低；
3、本发明所制备得到的催化剂仅需活化微量过硫酸盐即可达到高效处理效果，并且其催化效果好，废水处理效果高，稳定性好，使用寿命长，废水处理成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明畜禽废物资源化水处理催化剂的扫描电镜(SEM)图；
图2为本发明畜禽废物资源化水处理催化剂对环丙沙星(CIP)的降解曲线；
图3为本发明畜禽废物资源化水处理催化剂对四环素(TC)及环丙沙星(CIP)的降解曲线；
图4为本发明畜禽废物资源化水处理催化剂的固定床反应器；
图5为本发明畜禽废物资源化水处理催化剂持续降解四环素(TC)的稳定性图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S11、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入100mL浓度为5mmol/L的葡萄糖溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S12、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于600℃下热解60min，保持600℃继续热解60min，升温速率5℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
实施例2
S21、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入100mL浓度为5mmol/L的尿素溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S22、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于600℃下热解60min，保持600℃继续热解60min，升温速率5℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
实施例3
S31、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入10mL浓度为10mmol/L的葡萄糖溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S32、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于500℃下热解60min，然后升温至800℃热解30min，升温速率10℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
实施例4
S41、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入200mL浓度为10mmol/L的葡萄糖溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S42、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于600℃下热解60min，保持600℃继续热解50min，升温速率5℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
对照例1
以公开号为CN113828361 A的中国发明专利的实施例1作为本对照例，具体操作步骤如下：
将新鲜鸡粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾，得物质A；
将10g物质A放置在100mL去离子水中搅拌，并进行30min超声(工作频率40KHz，电功率300W)得到溶液B，去除上清液，过定性滤纸后得到物质C，将物质C放置在80℃热解120min，得前驱体D；
将前驱体D置于管式炉中进行共聚合退火处理，以0.2m3/h的速率通入氮气，温度为500℃，时间为120min，升温速率为5℃/min。降温后得到固体粉末E；
将固体粉末E用去离子水洗涤3次，在80℃烘干12h后研磨，得到废物资源化水处理催化剂(JF-NNSs)。
对照例2
S21、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入100mL浓度为5mmol/L的维生素C溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S22、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于600℃下热解60min，保持600℃继续热解60min，升温速率5℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
对照例3
S31、将新鲜鸽粪放置在室外自然晾晒24h，晒干后粉碎过80目筛网，去除砂砾及羽毛，得到干燥后的鸽粪；向10g干燥后的鸽粪加入100mL浓度为5mmol/L的丙氨酸溶液浸渍，然后转入70℃水浴搅拌蒸干，再转入100℃烘箱烘干，得到催化剂前驱体；
S32、将10g催化剂前驱体置于马弗炉中进行热解碳化处理，于600℃下热解60min，保持600℃继续热解60min，升温速率5℃/min，热解完成后，使用研钵研磨至无明显颗粒感，经过水洗，在离心机8000rpm转速下离心分离3次，经过100℃烘箱烘干12h，得到畜禽废物资源化水处理催化剂。
试验例1
使用实施例1制得的水处理催化剂对环丙沙星(CIP)模拟废水进行处理，具体操作步骤如下：
室温下配置1mg/L环丙沙星(CIP)模拟废水；
分别将5mg、10mg催化剂投加到50mL上述模拟废水中(终浓度分别为0.1g/L及0.2g/L)，在恒温水浴35℃条件下，开启搅拌同时加入过硫酸钾三盐至终浓度为0.1mmol/L，开始反应，并在不同时间点取样检测污染物浓度；
由图2污染物去除率可知，即使在催化剂投加浓度为0.1g/L时，经过5min的处理，对环丙沙星(CIP)的去除率仍旧可达到95％以上；当催化剂投加浓度为0.2g/L时，2min内能够实现对环丙沙星(CIP)的完全去除。
试验例2
使用实施例1制得的水处理催化剂对四环素(TC)和环丙沙星(CIP)模拟废水进行处理，具体操作步骤如下：
室温下分别配置1mg/L(每种有机污染物的浓度)的四环素(TC)和环丙沙星(CIP)模拟废水；
将5mg催化剂分别投加到50mL上述模拟废水中(终浓度为0.1g/L)，在恒温水浴35℃条件下，开启搅拌同时加入过硫酸钾三盐至终浓度为0.1mmol/L，开始反应，并在不同时间点取样检测污染物浓度；
由图3污染物去除率可知，本发明实施例1制备得到的水处理催化剂在30秒内能够实现对四环素(TC)的完全去除，对环丙沙星(CIP)的去除率也达到了平均70％的去除极限。
试验例3
使用实施例1制得的水处理催化剂对水中有机污染物四环素(TC)的降解实验，具体操作步骤如下：
将催化剂与有机污染物四环素(TC)溶液在固定床立柱式反应器中构成一个自净化体系(催化剂填充1g，TC浓度为1ppm，PMS浓度为0.1mmol/L)。
在自然条件下持续运行，水力停留时间为10min，取样时间间隔为24h，检测污染物(TC)的初始浓度以及反应后的浓度，即可知该催化剂的稳定性以及可重复性；
由图5可知，在持续运行336h后，催化剂对TC的处理效果仍然可以达到100％，说明该催化剂具有良好的稳定性，可以应用于实际废水的处理。
试验例4
使用对照例1制得的水处理催化剂对含有罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)、酸性橙7(AO7)、双酚A(BPA)、环丙沙星(CIP)的模拟废水进行处理，其中各污染物的浓度为10mg/L；
将0.02g或0.04g JF-N NSs分别投加到50mL上述的模拟废水中，维持自然pH 4值，恒温35℃。开启搅拌同时加入过硫酸氢钾至终浓度为2mmol/L，开始反应，在不同时间点取样检测污染物的浓度。
研究表明，对照例1所得催化剂在10分钟内对多数目标污染物降解率可达50％以上；至60分钟后降解率可达99％以上。
试验例5
采用试验例2的测试方法测试实施例1-2及对照例1-3所得催化剂对有机污染物废水的处理效果，并在30s时检测各有机污染物的去除率。
研究表明，只有实施例1-2所制备得到的催化剂在30s时对四环素的去除率可达100％，对环丙沙星的去除率也可达到70％的去除极限，而对照例1-3制备得到的催化剂要实现对四环素100％的去除率，降解时长在20-60min。
对照例2使用维生素C替代实施例1中的葡萄糖，效果较差的原因可能是在催化剂烧制过程中大量维生素C被氧化为CO2，未与鸽粪共同形成类石墨烯基底。
对照例3使用丙氨酸替代实施例2中的尿素，效果较差的原因可能是在催化剂烧制过程中大量丙氨酸被矿化，未与鸽粪共同形成类石墨烯基底。
综上，本发明所制备得到的畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐联用可用于降解水中多种污染物，并可在短时间内以达到优异的净化废水的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种畜禽废物资源化水处理催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向干燥后的鸽粪中加入前驱体溶液进行浸渍，浸渍完成后依次进行蒸干、烘干，得到催化剂前驱体；
S2、将催化剂前驱体进行热解，热解完成后依次进行研磨、离心洗涤和干燥，得到畜禽废物资源化水处理催化剂；
其中，所述前驱体溶液为葡萄糖和尿素中的任意一种或两种的水溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述干燥时，将鸽粪干燥至水分含量在10％以下。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述浸渍时，控制干燥后的鸽粪与前驱体溶液的固液浸渍比为1g：(1-20)mL，其中，前驱体溶液的浓度为0.1-10mmol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述蒸干时，将浸渍完成后的体系置于水浴锅中搅拌蒸干，其中，水浴锅的温度为60-80℃；
所述烘干时，将搅拌蒸干后的体系置于烘箱中烘干，其中，烘箱的温度为60-100℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热解时，将催化剂前驱体置于马弗炉中于500-600℃下热解30-60min，然后程序升温至600-800℃热解30-60min，升温速率为5-10℃/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述研磨时，使用研钵研磨至没有明显颗粒感；
所述离心洗涤时，使用水或乙醇清洗，并离心分离3-5次，其中，离心时，控制离心机的转速为8000-10000rpm。
7.一种畜禽废物资源化水处理催化剂，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。
8.权利要求7所述畜禽废物资源化水处理催化剂的应用，其特征在于，所述畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐在含有机污染物废水处理中的联用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述有机污染物包括四环素和环丙沙星中的任意一种或两种，且有机污染物的浓度为0.5-10mg/L。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述畜禽废物资源化水处理催化剂与过硫酸盐在含有机污染物废水处理中联用时，控制畜禽废物资源化水处理催化剂在废水中的浓度为0.05-1g/L，过硫酸盐在废水中的浓度为0.05-0.2mmol/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311421808.2A CN117463388A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311421808.2A CN117463388A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117463388A true CN117463388A (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=89639044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311421808.2A Pending CN117463388A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117463388A (zh) |
-
2023
- 2023-10-30 CN CN202311421808.2A patent/CN117463388A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110240386B (zh) | 一种秸秆与污泥协同处理的装置及其方法 | |
| CN113828361B (zh) | 一种废物资源化催化剂及其制法和在处理有机污染物中的应用 | |
| CN107744832B (zh) | 一种高分子材料改性的污泥生物炭催化剂、其制备及应用 | |
| CN109179927B (zh) | 一种剩余污泥循环式处理的方法 | |
| CN109772472B (zh) | 一种高含水率剩余污泥制备碳催化材料的方法 | |
| CN107188386A (zh) | 一种利用污水厂剩余污泥制备生物炭的方法 | |
| CN112973658B (zh) | 牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法 | |
| CN110606539B (zh) | 一种污泥资源化利用处理有机废水的方法 | |
| CN111302340A (zh) | 一种沼渣生物炭的制备方法 | |
| CN110787835A (zh) | 一种花生壳三聚氰胺生物炭复合材料的制备方法 | |
| CN105536698A (zh) | 造纸污泥活性生物质炭的制备方法 | |
| CN113976166B (zh) | 一种氮掺杂有序介孔炭催化剂的制备方法及应用 | |
| CN111646671A (zh) | 一种水泥窑协同处置污泥的方法 | |
| CN109807164B (zh) | 一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法 | |
| CN112044395A (zh) | 一种以剩余污泥和生物壳类废弃物为原料的磷酸盐吸附剂制备系统及方法 | |
| CN117463388A (zh) | 一种畜禽废物资源化水处理催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110314687B (zh) | Fe3+负载复合催化剂及其制法和类芬顿污泥脱水预处理方法 | |
| CN106166558B (zh) | 一种利用市政脱水污泥制备微波吸收剂的方法 | |
| CN103691448B (zh) | 磁性污泥基臭氧催化剂的制备方法及应用 | |
| CN115041166A (zh) | 一种非均相过硫酸盐催化剂及其制备方法和应用 | |
| TWI772919B (zh) | 利用沼渣製備高比表面積生物炭基金屬離子吸附劑之方法 | |
| CN114602934A (zh) | 一种餐厨垃圾综合处理的方法和装置 | |
| CN113145096A (zh) | 一种用于污水处理的复合光催化剂的制备方法及其产品 | |
| CN115532230B (zh) | 一种酸洗脱灰-高温活化制备污泥基功能材料的方法和污泥基功能材料及应用 | |
| CN111533412A (zh) | 一种污泥热处理再利用工艺 |
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 |