[发明专利]一种污泥碳基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种污泥碳基催化剂的制备方法，包括：将污泥脱水、干燥及研磨后，加入造孔剂，在惰性气氛、550～850℃的条件下焙烧1～6h，得到碳基材料；将碳基材料浸泡于单宁酸溶液中，使单宁酸吸附于碳基材料表面，随后加入铁盐溶液，调节pH至碱性，搅拌1～24h后离心、洗涤、干燥，得到中间产物；将中间产物在惰性气氛、450～650℃的条件下焙烧0.5～2h得到铁‑碳复合催化剂。本发明还公开了一种上述方法制备得到的铁‑碳复合催化剂，比表面积为620～680m²/g。本发明还公开了一种所述铁‑碳复合催化剂在废水处理领域的应用，采用所述铁‑碳复合催化剂活化过硫酸盐处理含有偶氮染料酸性橙AO7的废水。

技术领域

本发明涉及废水处理及污泥资源化利用技术领域，具体涉及一种污泥碳基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着人们生活水平的提高，城镇污水、污泥的产生量与日俱增，这不仅给城镇污水处理厂带来了极大难度，同时也对污水、污泥处理技术提出更高的挑战。

当前，基于活性污泥法的污水处理工艺仍然是我国使用最为普遍的技术之一，但它对能源的依赖程度较高。因此，我国的城市污水处理陷入了处理负荷和要求不断提高而能耗居高不下的困境。如何寻求一种可靠、可行的方法来减少在污水处理过程中能源的消耗，成为了当前的热点问题。

碳基材料通常是生物质或石化生物质的裂解产物。因其具有较强的疏水性、较大的比表面积、发达的孔隙结构和丰富的表面官能团等特点，越来越多的研究者将碳基材料作为一种新型环境功能性材料应用于材料、环境、能源、电化学等领域。近年来，将碳基材料制作成催化剂成为了研究热点，比如电催化剂、高级氧化活化剂等。但和一些金属催化剂以及纳米碳材料相比，其活性仍然较低。

公开号为CN104772143A的专利说明书公开了一种用于脱除低浓度二硫化碳的负载型污泥基催化剂的制备方法，该方法以污泥为载体，经ZnCl₂化学活化，再加入金属盐溶液中超临界负载，然后在一定温度下焙烧；将焙烧后的污泥基活性炭放入碱性溶液中超声浸渍后干燥制得负载型污泥基催化剂，该催化剂用于低浓度CS₂催化水解的脱除。

公开号为CN106944053A的专利说明书公开了一种污泥炭基类Fenton催化剂的制备方法，它是以污泥为原料，经热解制得高比表面积活性炭，再以该活性炭为载体负载铁制得高活性催化剂；所述污泥先烘干研磨过筛，用复合活化剂活化，活化后以一定升温程序进行高温厌氧热解制得污泥炭，后经酸洗、水洗、烘干、研磨、过筛得到高比表面积的污泥活性炭，以该污泥活性炭为载体，在硫酸亚铁中浸渍1h，搅拌24h，烘干12h，将烘干后的活性炭煅烧制得高活性污泥碳基催化剂，制得的催化剂比表面积为350～450m²/g，平均孔径为2～5nm，可以去除水中偶氮染料罗丹明B。

然而，以上专利说明书所提供的技术方案均为简单的浸渍负载，负载金属的分散度、催化剂活性等均有待进一步提高。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种污泥碳基催化剂的制备方法，以污泥为原料制备碳基材料，解决了污泥量大处理难的问题，实现了废弃物的资源化利用，通过添加造孔剂一步碳化法将污泥制备成为多孔碳材料，根据单宁酸和金属离子间的配位作用原理，先将单宁酸吸附于碳基材料表面，随后将铁离子与表面单宁酸结合并进行二次碳化，实现了铁离子在碳材料表面的负载并有效提高了铁的分散度，从而提高了催化剂活化过硫酸盐处理偶氮染料的性能。

一种污泥碳基催化剂的制备方法，包括：

(1)将污泥脱水、干燥及研磨后，加入造孔剂，在惰性气氛、550～850℃的条件下焙烧1～6h，得到碳基材料；

(2)将所述碳基材料浸泡于单宁酸溶液中，使单宁酸吸附于碳基材料表面，随后加入铁盐溶液，调节pH至碱性，搅拌1～24h后离心、洗涤、干燥，得到中间产物；