一种活性炭负载氧化铁固体芬顿试剂的制备方法与流程

本发明涉及一种活性炭负载氧化铁的固体芬顿试剂，属于催化剂制备领域。

背景技术：

传统的芬顿试剂由亚铁离子和双氧水组成，在酸性环境下产生具有强氧化性的羟基自由基，广泛用于处理含有难降解有机物的工业废水。相比其它处理技术，芬顿氧化具有方法简单，反应快速，氧化能力强且无选择性等优点，但是芬顿反应需要在酸性条件下进行，增加了药剂消耗且腐蚀设备。投加的铁离子难以回收和重复使用，而且还会造成二次污染，必须通过沉淀加以去除，造成工艺流程过长和处理成本上升。为了满足实际需要，急需开发可回收利用、活性高且对ph值适应范围广的芬顿试剂。

中国专利公开了“一种活性炭负载亚铁的非均相芬顿试剂氧化催化剂的制备方法”(专利号102626627a)。该专利采用高比表面积的活性炭负载亚铁离子，不仅可以大幅提高催化剂活性组分的分散度，机械强度和稳定性，还便于回收和重复使用。但是亚铁离子化学性质不稳定容易氧化，在使用过程中亚铁离子会流失，其活性很大程度上仍然依赖于外部ph值。如何进一步改善该类型催化剂的稳定性和适应性是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种可回收利用、活性高、稳定性好且能在中性条件下使用的芬顿试剂的制备方法。采用的技术方案是以活性炭作载体，高温煅烧法制备fe2o3芬顿试剂并将其负载于活性炭载体之上，制备负载型固体芬顿试剂。

本发明所述的活性炭负载氧化铁(fe2o3/ac)芬顿催化剂制备方法是将预处理后的活性炭与铁盐前驱体混合，加入适量的水溶解后再超声或者震荡搅拌处理，经低温烘干水分，然后置于煅烧炉高温下煅烧一定的时间，自然冷却后采用去离子水清洗2-3遍，固形物在低温烘干即可。

所述的活性炭为海绵活性炭、活性炭颗粒或者活性炭粉末。

所述的活性炭前处理方法指的是采用烯酸溶液浸泡活性炭煮沸2小时，接着浸泡24小时再用去离子水清洗至中性，稀酸溶液可为硝酸，盐酸或硫酸。

所述的铁盐前驱体为九水硝酸铁或六水氯化铁。

所述高温煅烧温度控制在200-300℃，煅烧时间控制在2-3小时。

本发明的有益效果如下：

(1)固体芬顿试剂fe2o3化学性质稳定，催化活性高，与载体的活性中心作用后可在中性甚至碱性条件下使用。同时活性碳负载增大了活性组分的机械强度，分散性，稳定性以及沉降性能，可使芬顿试剂满足循环使用、活性高、稳定性好、适应性强等要求。

(2)采用煅烧法制备fe2o3/ac芬顿催化剂，制备和负载可以一步完成，具有制备方法简单，制备条件易于控制，活性炭与氧化铁粉末结合紧密，使用过程中不易脱落的优点。

(3)活性炭载体与氧化铁活性组分具有协同作用，不仅可以催化分解双氧水产生羟基自由基，而且可以催化分解过硫酸根离子产生硫酸根自由基，而硫酸根自由基具有较长的寿命，可以起到更好的催化降解效果。

(4)活性炭负载后的氧化铁芬顿试剂具有更好的稳定性和更长的使用寿命，铁离子溶出率下降，重复使用的效果加强，而且活性炭还可作为吸附剂吸附部分污染物和铁离子，促进处理效果。

附图说明

图1是本发明的制备流程图。

图2是实施例1中所制备的活性炭负载氧化铁样品的x射线衍射谱图。

图3是实施例1中所制备的活性炭负载氧化铁降解染料废水的曲线图。

具体实施方式

下面的实施案例可使本专业人员更好地理解本发明，但并不因此将本发明限制在下述实施例中。

实施例1

将活性炭粉末置于2mol/l的硝酸溶液中煮沸2小时，再浸泡24小时，用去离子水清洗直至ph值为中性，烘干待用。将九水硝酸铁和酸处理过的活性炭粉末以质量比4：1混合，逐步加入少量去离子水直至混合物为泥浆状，将此泥浆状混合物在恒温震荡器中震荡6小时，置于鼓风干燥箱中60℃下烘干水分，转入马弗炉中在250℃煅烧3小时，自然冷却后得黑褐色固体颗粒物，研磨至细粉粒状。将实施例1所制得的样品投入到100mg/l的染料废水中，废水ph值为中性，芬顿试剂的投加量为0.5g/l，双氧水的投加量为30mmol/l，经过20分钟反应，废水颜色完全褪去，变为透明溶液。

图1为制备活性炭负载氧化铁芬顿试剂的工艺流程。图2为实施例1制备产品的x射线衍射图谱。从图2可以看出，产品不含明显的杂质，衍射峰尖锐，说明结晶度较好。图3为实施例1中所制备的产品降解三种染料废水曲线图。

实施例2

将活性炭粉末置于2mol/l的硝酸溶液中煮沸2小时，再浸泡24小时，用去离子水清洗直至ph值为中性，烘干待用。将六水氯化铁和酸处理过的活性炭粉末以质量比5：1混合，置于鼓风干燥箱中60℃下加热半小时，六水氯化铁融化成液状，搅拌3小时，再超声15分钟，转入马弗炉中在200℃煅烧2小时，自然冷却后得黑褐色固体颗粒物，研磨至细粉粒状。将实施例2所制得的样品投入到100mg/l的染料废水中，芬顿试剂的投加量为0.5g/l，过硫酸钾投加量为20mmol/l，经过20分钟反应，废水颜色完全褪去，变为透明溶液。

实施例3

将实施例2中所制得的芬顿试剂进行循环利用，测试条件如下：罗丹明染料废水浓度为100mg/l，芬顿试剂投加量为0.5g/l，双氧水的投加量为30mmol/l，反应时间40分钟。第一到四次使用的脱色率分别为100％，100％，92％和68％；铁离子溶出率分别为2.3、1.7、1.2和0.6mg/l。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种活性炭负载氧化铁固体芬顿试剂的制备方法。所述的制备方法是将经过酸预处理的活性炭与铁盐充分混合后，高温煅烧而成，所得产品为活性炭负载三氧化二铁的固体颗粒状物质。本发明解决了传统芬顿试剂不能回收利用，加入的铁离子形成铁泥需要进行二次处理以及催化降解活性高度依赖于酸性环境条件等问题。所述制备方法工艺简单，成本较低，且制备的产品具有化学性质稳定，对环境无害，铁离子溶出率低，可同时活化双氧水和过硫酸盐催化降解有机物，在中性条件下使用具有高效快速的处理效果等优点。

技术研发人员：李英柳
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2018.08.30
技术公布日：2018.12.18