[发明专利]一种铁碳微电解-类芬顿催化体系及应用

说明书

本发明涉及一种铁碳微电解‑类芬顿催化体系及应用，该体系包括蜂窝陶瓷类芬顿催化剂和铁碳微电解填料。所述的蜂窝陶瓷类芬顿催化剂包括多孔蜂窝陶瓷基体，粘结剂和铁活性组分，其中粘结剂的上载量为80～130g/L，铁活性组分的上载量为30～90g/L。所述的铁碳微电解填料包括以下重量百分比含量的组分：铁基材料40～70％、碳基材料15～30％、粘结剂5～25％和介孔剂1～20％。将所述铁碳微电解‑类芬顿催化体系用于处理有机废水，在有机废水中加入蜂窝陶瓷类芬顿催化剂和铁碳微电解填料，同时进行水循环和曝气。与现有技术相比，本发明中以铁碳微电解反应内源产生的Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;替代外源添加的Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;，效果稳定持久并且可重复利用，可以降低企业废水处理的成本和风险，便于实施。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种铁碳微电解-类芬顿催化体系及在废水处理方面的应用。

背景技术

化工产业的快速发展为国民经济做出了极大贡献，同时也产生了许多难以处理的工业废水，废水中的有机污染物长期在土壤和水体中积累，有些甚至具有致癌，致畸和致突变作用，对生态环境和人体健康造成威胁。另一方面，随着我国生态文明体制改革不断推进，绿水青山就是金山银山的理念深入人心，绿色发展、循环发展、低碳发展成为社会共识，国家对企业污水排放的标准要求也日趋严格。而这些化工有机污染物，都具有极高的化学稳定性，生物可降解性极差的特点，用传统的生化处理方法难以去除。

近年来，高级氧化法(AOPs)在处理难降解废水方面取得了显著进展。 AOPs(Fenton氧化及类Fenton氧化)的核心机理是产生羟基自由基(·OH)，这种自由基具有很强的氧化能力(E₀＝2.8V)，可以无选择性地氧化分解大多数难降解的有机物，在有机废水处理应用方面前景广阔。经典的均相芬顿体系是指Fe²⁺/H₂O₂体系，存在pH适用范围窄(2.0～4.0)、反应产生大量铁泥、催化剂Fe²⁺难以回收等问题。另外，单金属或金属氧化物催化剂易团聚，也限制了其进一步应用。

非均相类芬顿催化剂通过载体负载的方式，以固相铁基材料代替均相Fe²⁺溶液，具有以下优势：(1)避免催化剂的团聚现象，提高其分散性能；(2)在高温等环境下更加稳定；(3)增强了催化剂的机械强度，使其可以有效回收并重复利用； (4)提高了比表面积等表面性能，提供大量的反应活性位点，吸附有机污染物并使其与催化剂反应，进一步增强了催化剂降解去除有机污染物的性能。

目前，非均相类芬顿催化剂处理难降解有机物依赖强氧化剂H₂O₂的存在，而 H₂O₂在使用和存储过程中存在安全隐患，容易引起燃烧和爆炸，并且具有强腐蚀性，对设备的要求较高，增加废水处理的运行成本，另外H₂O₂分解速度快，导致整体利用率低。因此，类芬顿氧化技术的研究还仅局限于实验室或小规模应用阶段，安全因素和实际运行成本使其难以得到有效的应用。故在高效非均相类芬顿催化剂的开发中，制备价廉易得、比表面积大和活性高的类芬顿催化剂，同时寻找氧化剂的替代因素，在水处理领域具有重要的应用价值。

铁碳微电解技术处理工业废水，因其工艺简单、操作方便且可以达到以废治废的目的而在近年来受到广泛重视。由于铁和碳之间的电极电位差(1.2V)，废水中会形成无数个微原电池，反应过程是以铁为阳极，含碳物质作为阴极，废水中的离子作为电解质，从而形成电池反应。

阳极反应(Fe)：

Fe-2e^-→Fe²⁺，Eθ(Fe^2+/Fe)＝-0.44(V)