一种应用于非均相芬顿体系的铁碳催化剂制备方法

摘要

本发明涉及一种应用于非均相芬顿体系的铁碳催化剂制备方法。此法主要是以聚四氟乙烯为改性原料，将铁碳浸渍后，在氮气保护下煅烧。该法制备的催化剂能够有效地降低铁的浸出率，延长使用寿命，并能在一定程度上解决铁碳表面易结垢现象，降低了出水的铁泥含量。该催化剂尤其适用于近中性条件下的非均相芬顿反应，能够高效降解有机物废水，具有催化性能好、使用寿命长、价格低廉等优点，具有较好的环保应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种应用于非均相芬顿体系的铁碳催 化剂改性方法。

背景技术

芬顿氧化是是高级氧化技术中重要氧化处理技术具有操作过程简单、反应 速度快、设备简便、环境友好等特点。提供催化剂Fe²⁺的同时外加H₂O₂，从而 将H₂O₂转化成强氧化能力的羟基自由基(·OH)达到有机物降解矿化。反应过 程如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

目前，芬顿氧化主要是直接向溶液中加入均相铁离子。但均相铁离子pH适 用范围窄，溶液含铁浓度高，导致后处理过程产生大量铁泥，增加了处理成本。 非均相芬顿催化剂正好可以克服这些缺点，少量浓度的铁离子溶出可以降低溶 液中的铁离子浓度，减少铁泥的产生，还可以拓宽pH适用范围。因此，开发出 催化效果好，寿命长，pH适用范围宽，价格低廉的非均相芬顿催化剂具有极大 的工业应用价值。

铁碳微电解在工业上应用比较成熟，通常是以铁碳填料自身所含的零价铁 (Fe⁰)的还原作用和微电解后产生的铁离子絮凝作用去除废水中的污染物。铁 碳微小颗粒会在溶液中组成很多微小的原电池。Fe⁰在体系中失去电子变成Fe²⁺后，正好可以作为芬顿的催化剂。虽然目前工业生产的铁碳填料价格十分低廉， 在工业上有极大的应用价值，但其铁的浸出率极高，产生大量铁泥，铁碳表面 也容易结垢，从而不利于芬顿的进行并降低废水处理效果，缩短催化剂寿命。 如何在工业铁碳催化剂的基础上研发简单高效的改性制备方法，在保持高催化 性能的前提下，降低铁泥产生，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是通过改性降低铁碳填料的铁离子浸出率，延长铁碳使用寿 命，开发出在芬顿体系适用的非均相铁碳催化剂。

本发明提出的催化剂制备过程如下：

1)将铁碳浸泡在无水乙醇中超声清洗30-60min，过滤后再用无水乙醇清洗 数次。

(2)取晾干后的铁碳浸渍在10％-30％的聚四氟乙烯溶液1-2h后，抽滤。

(3)将抽滤后的铁碳，于200℃-400℃通氮气保护下煅烧30-60min。

本发明具有以下的突出特点和有益效果：

(1)利用聚四氟乙烯将铁碳表面包覆起来，成功地降低了铁离子的大量浸出， 减少了出水铁泥含量，并在一定程度上解决了铁碳表面结构问题。

(2)制备过程简单，易于工业化生产，选用工业生产的铁碳填料，价格低廉， 通过改性延长了催化剂使用寿命，经济性好。

(3)改性后催化剂铁离子的浸出降低3-5倍，应用于非均相芬顿体系中，可以 有效的降解酚类等难生物降解有机物，并能拓宽pH适用范围，尤其在近中性 pH条件下。

附图说明

图1为铁碳改性前的电镜扫描图。

图2为铁碳改性后的电镜扫描图。

具体实施方式

本发明通过以下实施例结合附图进一步详述。

(1)本发明的改性方法

本发明主要是改性工业成型铁碳填料。首先进行铁碳预处理，将颗粒状的 铁碳填料浸泡在无水乙醇中，超声30min后过滤。然后将铁碳浸渍在20％聚四 氟乙烯溶液中1h，过滤后在通氮气的条件下，400℃煅烧30min即可。

(2)该实施例所获得效果

该实例改性前的铁碳SEM如图1所示，改性后的铁碳SEM如图2所示。 可以看到改性之前，铁碳表面多孔，且粗糙不均匀；改性之后表面明显覆盖了 一层高分子膜，并且可以从图2中的较小附图得知，改性后的铁碳表面覆盖的 是一层高分子纤维状的薄膜。这样的改性后铁碳表面结构大大减低了铁碳与溶 液之间的接触面积，从而有效地降低了铁离子的浸出率。

废水为120mg/L的2，4-二氯酚，pH=6.7，0.05M无水硫酸钠作为电解质溶 液，溶液体积为150mL，每次反应加入500mg/L的H₂O₂、0.9g改性铁碳催化 剂。分别采用原始铁碳和改性制备的铁碳为催化剂，非均相芬顿处理该废水2h 的效果对比如下表。

由上表可见，二氯酚的去除率相差不大，而改性后铁离子浸出降低了大约 4.5倍。

改性后的铁碳在非均相芬顿体系中连续运行10次，其二氯酚去除率，TOC 去除率和铁的浸出量如下表：

反应2h后，获得良好的二氯酚的去除率和TOC的去除率。10次运行，每 次铁浸出率在0.18％-0.31％，总计铁离子的浸出率约2.3％，铁碳使用寿命长。

综上所述，加上铁碳填料低廉的价格，改性后的铁碳在工业应用上具有一 定的价值。