[发明专利]多级孔-低价铁Fenton污泥基非均相催化剂的制备及应用

说明书

一种多级孔‑低价铁Fenton污泥基非均相催化剂的制备及应用，属于水处理催化技术领域。非均相催化剂制备过程是以Fenton污泥为原料，将原料与生化污泥混合，然后共热解，得到低价铁生物炭；利用“蒸汽爆破法”在低价铁生物炭上构建大小不同的孔径，而得到多级孔‑低价铁的Fenton污泥基非均相催化剂；利用该非均相催化剂代替均相Fe²⁺，实现对废水中有机污染物的高效降解；该非均相催化剂具有pH值适用范围广、催化效率高和稳定性强的优点。优点：该方法不仅可实现危险固废Fenton污泥的减量化处置和资源化利用，而且可节约外源铁的投入成本及Fenton污泥的后续处理成本，在有机废水应用中具有广阔的前景。

技术领域

本发明涉及一种水处理催化技术领域，具体涉及一种多级孔-低价铁Fenton污泥基非均相催化剂的制备及应用。

背景技术

Fenton技术即芬顿氧化技术以Fe²⁺为催化剂、H₂O₂为氧化剂，通过Fe²⁺与H₂O₂之间的电子转移将H₂O₂活化分解为·OH，具有操作简单、反应快、价格低廉及环境友好等优点。但是，传统均相Fenton催化剂为溶解态Fe²⁺/Fe³⁺，反应前后需要通过酸碱进行调节而提高了运行成本；并且反应后催化剂难以回收利用，会形成大量难处理的含铁Fenton污泥。Fenton污泥归类为危险固废，具有含水量大、重金属富集程度高，放射性强等特点，极易对周围环境造成污染。因此，对Fenton污泥的减量化和资源化处置已不容忽视。

近年来，为了克服传统均相Fenton技术的缺点，研究人员以非均相负铁催化剂替代传统的均相催化剂进行催化反应。相比与均相催化剂，非均相负铁催化剂具有适用pH范围宽、催化剂可回收利用及不产生铁泥等优点。Fenton污泥中Fe元素的含量占30-40%，约400 g/kg，是一种富铁固体废弃物。如能充分利用该Fenton污泥作为铁源，不仅实现危险固体废物Fenton污泥的减量化和资源化处置，而且可节约外源铁的投入成本。

目前，研究学者已证实以Fenton污泥为原料制备非均相催化剂用于有机废水降解研究已取得一定进展，但存在反应传质效率低、H₂O₂还原Fe(Ⅲ)生成Fe(Ⅱ)速率慢及制备过程中产生二次污染等问题。而基于多级孔和低价铁的Fenton污泥基非均相催化剂制备方法及应用尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种多级孔-低价铁Fenton污泥基非均相催化剂的制备及应用方法，解决现有Fenton污泥基非均相催化剂存在的反应传质效率低、H₂O₂还原Fe(Ⅲ)生成Fe(Ⅱ)速率慢及制备过程中产生二次污染的问题。

本发明的目的是这样实现的：非均相催化剂制备过程是以Fenton污泥为原料，将原料与生化污泥混合，然后共热解，得到低价铁生物炭；利用“蒸汽爆破法”在低价铁生物炭上构建大小不同的孔径，而得到多级孔-低价铁的Fenton污泥基非均相催化剂；利用该非均相催化剂代替均相Fe²⁺，实现对废水中有机污染物的高效降解。

Fenton污泥基非均相催化剂的制备步骤如下：

（1）将Fenton污泥于105℃烘干，粉碎研磨后过120目筛，制成Fenton污泥原料；

（2）以过筛后的Fenton污泥为原料，添加生化污泥为辅助碳源，将两者按比例混合均匀后置于固定床反应器中；

（3）按100-120 ml/min的气体流速向固定床反应器中通入氮气，控制反应器的加热速率为3-10℃/min，热解温度为400-900℃，热解时间为30-90 min，通过热解产生的还原性气体将Fenton污泥中的Fe³⁺还原，得到低价铁Fenton污泥基生物炭；