[发明专利]一种生物炭载硫化铁类芬顿催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种生物炭载硫化铁类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：将木质素纳米孔生物炭载体分散于脱氧纯水中，加入硫化钠并使其完全溶解，体系中硫化钠浓度为0.15～0.5mol·L^‑1，逐滴加入0.2～0.6mol·L^‑1的二价铁盐溶液，在50～80℃下静置，离心分离、洗涤，经冷冻或真空干燥得到生物炭载硫化铁类芬顿催化剂，其中生物炭占催化剂总质量的60％～90％。本发明以木质素纳米孔生物炭为载体，通过硫化钠与二价铁盐的沉淀反应得到含有带磁性的四硫化三铁的生物炭载硫化铁类芬顿催化剂，制备工艺简单，原料成本低，有利于降低有机污染废水的处理成本，所制得的催化剂可用于催化水中有机污染物的类芬顿氧化降解。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种生物炭载硫化铁类芬顿催化剂的制备方法。

背景技术

芬顿(Fenton)氧化技术属于有机废水处理中常用的一种高级氧化技术。该技术利用亚铁离子(Fe²⁺)催化分解过氧化氢(H₂O₂)产生强氧化性的羟基自由基(^·OH)，进而氧化降解水中有机污染物。传统的均相芬顿技术反应条件温和、操作方便、反应速率快，但是H₂O₂利用率低、反应后需要调节pH以沉淀废水中多余的游离铁，从而产生大量含铁污泥、后续处理问题较多。以铁矿物作催化剂的多相类芬顿技术能够抑制含铁污泥的产生、拓宽pH适用范围，且固相催化剂可回收重复使用。例如磁铁矿、赤铁矿等均曾研究用做类芬顿催化剂。与氧化物型铁矿物相比，硫化铁型铁矿物(如黄铁矿(FeS₂)、四方硫铁矿(FeS))中的铁以二价铁为主且容易溶出为Fe²⁺、催化类芬顿反应的活性更强，对有机污染物的降解反应速率更快。但是，天然硫化铁类矿物的颗粒较大，反应活性受制于其表面有限的活性位点。因此，为了充分发挥硫化铁的催化活性，需要开发分散性更高的硫化铁类多相类芬顿催化剂。

生物炭是由含木质素、纤维素等的生物质原料在限氧气氛中热解得到的高含碳固体物，原料来源丰富、制备工艺简单。而且大多数生物炭的比表面积较大、孔结构发达、表面官能团丰富，对许多有机污染物表现出优良的吸附性能。此外，生物炭中的石墨化结构和醌/氢醌官能团可作为电子给体和电子穿梭体参与污染物的氧化还原反应、加快污染物的降解。因此，生物炭是一种优良的多功能载体，可用于负载铁等活性材料制备多相类芬顿催化剂。例如，Yan等(Bioresour.Technol.175(2015)269-274.DOI:10.1016/j.biortech.2014.10.103)利用生物炭负载纳米铁，并将其用于催化三氯乙烯的类芬顿氧化降解。发明专利201610498854.6以海藻为生物质原料、利用生物还原法制备硫化铁，再经水热碳化制备了多孔碳负载的硫化铁，并将其用于环境修复。发明专利申请201910212379.5以铁盐浸渍中药渣生物炭，然后在300-500℃下热解、再与硫化物反应，制备了生物炭负载的硫化纳米铁。发明专利申请201811185016.9以稻壳为原料制得生物炭、再将生物炭浸泡于含硫酸亚铁溶液中，以L-半胱氨酸为硫源，通过溶剂热法合成具有磁性的生物炭/四硫化三铁复合材料。上述公开发明专利中负载硫化铁的制备步骤较多，溶剂热或水热方法得到的生物炭比表面积较小，影响了硫化铁在生物炭上的分散效果。为此，有必要开发比表面积更大、制备工艺简单、便于分离的生物炭负载硫化铁作为类芬顿催化剂，以降低有机废水的处理成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生物炭载硫化铁类芬顿催化剂的制备方法，该方法以木质素纳米孔生物炭为载体，通过硫化钠与二价铁盐的沉淀反应得到含有带磁性的四硫化三铁(Fe₃S₄)的生物炭载硫化铁类芬顿催化剂，制备工艺简单，原料成本低，有利于降低有机污染废水的处理成本，通过该方法制得的催化剂可用于催化水中有机污染物的类芬顿氧化降解。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：