[发明专利]活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法及其废水处理体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水处理技术，尤其涉及一种活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法及其废水处理体系，具体地说，涉及一种处理废水中的难降解有毒有机污染物的催化剂。

背景技术

废水中的有毒有机污染物由于其化学结构的稳定性，毒性大，处理难度高；对其应用常规处理技术，如物化法、化学法和生化法及其组合的方法，很难达到满意的处理效果，至今仍缺乏经济有效的实用技术。

应用非均相催化剂的高级氧化技术是利用催化反应中生成高活性的羟基氧化分解水体中的有机污染物质，促使大多数难降解有机物氧化或偶合。

目前应用非均相催化剂处理染料废水的方法主要有催化湿式氧化法，光催化氧化法等。催化湿式氧化法是上个世纪80年代发展起来的一种处理高浓度难降解有机废水的高级氧化技术。催化湿式氧化法由于反应条件较为苛刻(高温高压)，其使用的贵金属由于昂贵的价格限制了其应用；而光催化氧化法由于使用了半导体材料催化剂，其可见光的催化活性和高效光反应器的研制还有待于进一步的提高，也限制了其应用范围。

发明内容：

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法及其废水处理体系。

本活性炭负载铁氧化物催化剂是一种价格低廉，可回收的催化剂，该催化剂在较温和的条件下可与其他技术结合应用于废水处理，形成多种新的废水处理体系。

本发明的目的是这样实现的：

1、活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法

活性炭负载铁氧化物催化剂的制备方法主要包括以下步骤：

(以下均为重量百分比)

①将活性炭用10％氢氧化钠溶液浸渍24h后，过滤，去离子水洗至中性；

②将步骤①处理过的活性炭，用10％硝酸溶液浸渍24h后，过滤，去离子水洗至中性；放入烘箱中，90～100℃烘干，待用；

③将步骤②处理过的活性炭加入含有铁离子的溶液中，在20～30℃，于惰性气体氛围中将pH调节至3～7；

④在含有30～80％氧气浓度的气体氛围中，在30～50℃，搅拌、加热上述步骤③溶液，得到铁氧化物沉淀；

⑤将步骤④所得的铁氧化物沉淀，在70～90℃，恒温水浴下老化48小时；

⑥再在100℃以下真空干燥所得沉淀，即得到一种活性炭负载铁氧化物催化剂。

由本方法制备的催化剂，铁氧化物重量百分比含量范围在0.5～5.0％，活性炭重量百分比含量范围在95.0～99.5％。

2、活性炭负载铁氧化物催化剂在废水处理中的应用

1)非均相Fenton废水处理体系

将一定量的活性炭负载铁氧化物催化剂和过氧化氢同时投加到废水中(过氧化氢可一次性或连续投加)，同时实施搅拌，即构建成非均相Fenton废水处理体系。

2)超声协同非均相Fenton废水处理体系

在上述非均相Fenton废水处理体系中增加超声辐射，即构建成超声协同非均相Fenton废水处理体系。

3)非均相催化臭氧化废水处理体系

将一定量的活性炭负载铁氧化物催化剂投加到废水中，通入臭氧气体后，即构建成非均相催化臭氧化废水处理体系。

其中：Fenton是人名，可译为“芬顿”。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本活性炭负载铁氧化物催化剂能分别与臭氧结合构成催化臭氧化技术，与过氧化氢结合构成非均相Fenton技术，后者再和超声结合构成超声协同非均相Fenton技术，这些技术对难降解废水有很好的去除效果，且固相催化剂易于分离，不会引入新的杂质，出水容易达标；

2、工艺流程简单，费用低，具有很好的实际运用的前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本催化剂在废水处理中的应用详细说明：

1、实施例一非均相Fenton废水处理体系

在本实施例中，选取碱性染料结晶紫为目标难降解有机污染物，模拟难降解有机废水。结晶紫的含量为200mg/L。将2.5g/L的催化剂(铁氧化物重量百分比含量为3％)和过氧化氢投加到废水中，于室温下处理50分钟后可达56.4％的脱色率。

1)操作条件：

染料溶液浓度：200mg/L；催化剂投加量：2.5g/L；

过氧化氢投加量：0.18mmol/L；pH＝3；室温。

2)二、实验结果：