一种由芬顿铁泥制成的多位点催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及污水处理，尤其涉及一种由芬顿铁泥制成的多位点催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、芬顿(fenton)法是一种高级氧化技术，因其具有氧化性强、成本低、常温常压条件即可操作等优点，特别适用于处理各式废水。但是，在利用芬顿法处理废水的过程会产生大量废弃铁泥即芬顿铁泥。芬顿铁泥中含有大量重金属及难降解有机质，处置不当极易对环境造成二次污染。

2、目前，芬顿铁泥的处置方式主要有填埋、焚烧、水泥基固化等。但是，直接填埋易造成废弃铁泥中的重金属污染土壤及地下水，铁泥中含有的有机质也会在填埋过程中造成腐败、恶臭等问题。而焚烧法虽然可以有效去除废弃铁泥中的有机物，缩减固废体积，但焚烧过程产生的烟气及飞灰易造成大气污染，铁泥中的重金属也有随大气传播产生进一步污染的风险。水泥基固化虽然可以做到废弃铁泥的无害化处理，但是废弃铁泥中仍含有大量金属资源，造成资源浪费。

3、为了合理处置芬顿铁泥，并对其进行资源化利用，现有技术《芬顿铁泥组分解析及其对造纸废水厌氧处理的影响》中提到，根据芬顿铁泥具有导电性且其中含有大量铁这一特点使用芬顿铁泥强化微生物厌氧消化过程，提高沼气中的甲烷占比。但是在该技术中提到，芬顿铁泥能够起到强化厌氧消化过程的组分主要为芬顿铁泥中的铁元素，但是芬顿铁泥为无定型态，杂质较多，芬顿铁泥中除铁以外的成分并不能在其中起到作用，最后仍会沉积下来。

4、现有技术cn105836987中，从铁泥中回收制备工业硫酸亚铁；现有技术《fenton铁泥制备硫酸亚铁和聚合硫酸铁及其应用研究》中，从芬顿铁泥中提取出硫酸亚铁及聚合硫酸铁并将硫酸亚铁回用于芬顿氧化体系继续进行废水处理；现有技术cn112723520中，对铁泥进行回收处理，得到新的适用于芬顿反应的芬顿试剂。三者回收过程本质亦是仅重复利用铁泥中的铁。而现有技术cn114349296对芬顿铁泥进行整体处理后再对各物质进行分离，得到催化剂fe-sac/nc并将其用燃煤催化。虽然其对芬顿铁泥进行整体处理，但是后续分离及继续处理过程较为繁琐。不仅如此，上述四种对芬顿铁泥的回收处理方式，其处理过程均需使用酸甚至强酸，易对操作人员的安全造成影响的同时也易在回收处理过程中造成污染。而现有技术cn115254110中，将芬顿铁泥与二氧化钛溶胶共同处理得到芬顿铁泥基悬浮光催化剂，但是该技术制备催化剂过程需添加额外添加的材料较多。

5、综上所述，本领域缺乏一种简单、安全的芬顿铁泥整体回收利用方式。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种由芬顿铁泥制备多位点催化剂的方法，该方法是简单、安全的芬顿铁泥整体回收利用方式。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种由芬顿铁泥制备多位点催化剂的方法，包含如下步骤：

4、在保护气氛下，将芬顿铁泥以2～10℃/min的加热速率升温至650～800℃，保持1～5h，得到多位点催化剂。

5、可选地，所述芬顿铁泥中包含如下质量份数的各元素：

6、

7、可选地，所述保护气氛包括氮气、氦气或氩气，所述保护气氛的气体流速为50～150ml/min。

8、本发明还提供了所述方法制得的多位点催化剂。

9、本发明还提供了所述的多位点催化剂在活化h2o2去除废水中染料的应用，包含如下步骤：

10、将多位点催化剂和废水混合至吸附平衡，得到混合物体系；

11、将所得混合物体系和h2o2混合进行反应，去除废水中染料。

12、可选地，废水中染料包括亚甲基蓝、罗丹明b、刚果红、甲基橙和酸性大红gr中的至少一种。

13、可选地，在混合物体系中所述多位点催化剂的浓度为0.05～0.5g/l，染料的浓度为10～100mg/l；

14、在混合物体系中加入h2o2后，h2o2的浓度为20～80mmol/l。

15、可选地，达到吸附平衡前，所述多位点催化剂与废水混合时，先在80～300w的超声功率下超声处理1～3min，再持续搅拌50～70min；加入h2o2后反应80～120min完成废水中染料的去除。

16、本发明提供了一种由芬顿铁泥制备多位点催化剂的方法，可以简单、高效地对芬顿铁泥进行整体回收处理，解决了现有芬顿铁泥回收处理方式中仅对芬顿铁泥中的铁进行回收处理，未完成芬顿铁泥中除铁以外的物质的回收利用。芬顿铁泥经高温热解后，结晶度大幅提高，形成丰富的孔隙结构，暴露多种活性位点，所得催化剂可有效活化h2o2，产生活性物种氧化去除水中有机染料。

17、本发明使用的芬顿铁泥中，c和si主要来源于原水中天然有机物和胶体颗粒悬浮物，fe和s主要来源于废水芬顿处理过程中催化剂的引入，n主要来自于储泥池中pam的投加，ca主要来源于芬顿反应结束后碱的投加。在上述组成的基础上，通过对芬顿铁泥热解过程温度时间的调控，能够完成催化剂晶体结构组成的优化，使催化剂表面除金属活性位点外还形成非金属的活性位点，解决了现有铁泥基催化剂成分和活性位点种类单一的问题。

18、本发明制得的多位点催化剂cat-700中表面fe0、c＝c/c-c和c＝o活性位点的含量分别为0.64％、44.79％和12.18％，对h2o2的活化起到重要作用。使用本发明制得的多位点催化剂进行h2o2活化时，催化剂/h2o2体系发生类芬顿反应、活性物种丰富，主要产生羟基自由基、单线态氧、超氧自由基等多种活性物种，通过自由基和非自由基途径协同高效降解去除水中染料。

技术特征：

1.一种由芬顿铁泥制备多位点催化剂的方法，其特征在于，包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芬顿铁泥中包含如下质量份数的各元素：

3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述保护气氛包括氮气、氦气或氩气，所述保护气氛的气体流速为50～150ml/min。

4.权利要求1～3任意一项所述方法制得的多位点催化剂。

5.权利要求4所述的多位点催化剂在活化h2o2去除废水中染料的应用，其特征在于，包含如下步骤：

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，废水中染料包括亚甲基蓝、罗丹明b、刚果红、甲基橙和酸性大红gr中的至少一种。

7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，在混合物体系中所述多位点催化剂的浓度为0.05～0.5g/l，染料的浓度为10～100mg/l；

8.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于，达到吸附平衡前，所述多位点催化剂与废水混合时，先在80～300w的超声功率下超声处理1～3min，再持续搅拌50～70min；加入h2o2后反应80～120min完成废水中染料的去除。

技术总结
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种由芬顿铁泥制成的多位点催化剂及其制备方法和应用。本发明将芬顿铁泥直接进行热解，通过对热解温度及时间的调节得到一种芬顿铁泥制得的多位点催化剂。该催化剂表面含有金属、非金属多种活化位点，可以通过自由基和非自由基途径协同高效降解去除水中染料，实现了芬顿铁泥简单、安全的整体利用，解决了芬顿铁泥的回收利用问题。

技术研发人员：王俩,侯立安,陈冠益,李宁,程小双,吴霜,颜蓓蓓
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13