一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂及其制备与应用，所述催化剂以石墨毡为载体，以FeOCl为活性组分，所述活性组分质量负载量为10

【技术实现步骤摘要】
一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂及其制备与应用
(一)

[0001]本专利技术涉及一种石墨毡的固体催化剂，特别涉及一种石墨毡负载氯基氧化铁催化剂及其处理中性废水的应用。
(二)
技术介绍

[0002]芬顿为一种人们常用的高级氧化技术(AOPs)，能将水中的有机污染物降解为生化易处理的有机小分子化合物如羧酸、醇、酯类等，故应用较为广泛。然而，芬顿试剂需要在低pH条件下工作，而且pH有效范围较窄，另外，反应过程双氧水耗用较大，pH回调时产生大量的铁泥处置成本较高，限制了其在实际废水处理中的应用。
[0003]为解决均相芬顿法应用问题，人们逐渐使用铁粉、石墨、铁和锰的氧化矿物等异相催化剂代替Fe
2+
等均相催化剂，异相类芬顿法应运而生。由于铁元素毒性小，成本低廉，人们一直致力于对铁系催化剂的研究。常用的铁系催化剂有FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、零价铁等。这些铁氧化物在活化双氧水上效率普遍不高，需要其他方式辅助强化。如FeOOH为一种光催化材料，外加光源增加了成本，限制了该方法的实际应用。纳米Fe2O3由于易团聚，活化双氧水的效率不高，使用中需加入大量双氧水或者外加光源。
[0004]有研究发现，FeOCl是一种斜方晶系的二维层状金属物，层的方向与b轴垂直，层间由C1原子以较弱的范德华力相连。FeOCl中Fe和Cl等量存在，活化H2O2产生
·
OH的效率比Fe2O3、FeOOH等传统铁基氧化物高，Fe
2+
和Fe
3+
是催化性能的活性中心。
[0005]综上所述，FeOCl活化双氧水降解水中有机物的研究具有重要意义。目前的研究中还存在以下问题：
[0006](1)氯基氧化铁为没有磁性的粉末，较难回收。
[0007](2)氯基氧化铁处理实际废水的研究较少。
[0008]基于以上研究背景及思路，针对活化双氧水处理实际废水问题，本专利技术拟采用石墨毡负载氯基氧化铁制备固体催化剂，选择实际废水催化双氧水反应，实现高效稳定石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂的合成与应用，推动异相催化双氧水技术的发展与应用。
(三)
技术实现思路

[0009]本专利技术目的是提供一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂及其制备方法与应用，将其用于催化双氧水的氧化效能，进而降解有机污染物，解决芬顿试剂需要低pH且消耗大量双氧水的问题，降低了双氧水用量，提高了对污染物的降解效率。同时，由于该固体催化剂为块状，更加有利于回收利用。
[0010]本专利技术采用的技术方案是：
[0011]本专利技术提供一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂，所述催化剂以石墨毡为载体，以FeOCl为活性组分，所述活性组分质量负载量为10
‑
60％，优选48
‑
54％。
[0012]本专利技术所述石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂按如下方法制备：
[0013](1)石墨毡(GF)预处理
[0014]将石墨毡放入马弗炉中，以3
‑
8℃/min的速度升温并在300
‑
600℃下煅烧1
‑
5小时，然后室温下，依次用丙酮，乙醇和蒸馏水超声浸泡洗涤(优选50Hz下超声浸泡2小时)，干燥(优选再在烘箱里60℃下干燥12小时)，获得预处理后的石墨毡，标记为GF；
[0015](2)FeOCl/GF催化剂的合成
[0016]将步骤(1)预处理后的石墨毡浸入0.1
‑
2mol/L六水合三氯化铁水溶液中，室温下超声混匀(优选50Hz、1
‑
5小时)，然后在空气中室温放置5
‑
15h，干燥(优选再在真空烘箱中于50
‑
70℃干燥2
‑
10h)；然后在空气气氛中以2
‑
8℃/min的速度升温至150
‑
300℃并煅烧2
‑
8h，自然冷却至室温，将产物用无水丙酮清洗除去未反应的三氯化铁，过滤，滤饼干燥(优选在50
‑
80℃(更优选60℃)烘箱中烘干)，获得石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂，记为FeOCl/GF。
[0017]进一步，步骤(1)优选在500℃下煅烧2小时，升温速率为5℃/min。
[0018]进一步，步骤(2)中六水合三氯化铁水溶液体积用量以预处理后每片石墨毡重量计为100
‑
150mL/g，优选110mL/g；所述六水合三氯化铁水溶液浓度优选为0.24
‑
1.18mol/L。优选室温下50Hz超声混匀2小时，然后在空气中室温放置12h，再在真空烘箱中于60℃干燥8h。优选以5℃/min的速度升温至220℃并煅烧4h。
[0019]本专利技术还提供一种所述石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂在降解废水中的应用，所述废水COD＝140
‑
150mg/L、TOC＝70
‑
75mg/L，所述应用是利用石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂催化双氧水实现对废水的降解，具体方法为：在废水中，加入石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂和双氧水，室温静置反应，将废水中类脂化合物等有机物降解为小分子酸、二氧化碳。所述石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂在废水中的添加量为1.8
‑
2.0g/L，优选1.8g/L；所述双氧水在废水中的添加量为0.02g/L。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：
[0021]本专利技术催化剂活化双氧水的效率高，原料廉价、制备方法简单，可以降解中性废水，降解废水时所需双氧水浓度低，仅为0.02mg/L，不会产生二次污染。
[0022]合成新型FeOCl/GF催化剂，引入FeOCl/GF/H2O2体系在污水处理方向的应用，与单纯FeOCl相比，提高了非均相催化降解染料废水的效率，COD去除率从31.58％提升至36.84％，TOC去除率从40.62％提升至65.00％。同时，因有载体是块状，所以比粉末状催化剂更方便回收再利用，有较大的实际应用价值。
(四)附图说明
[0023]图1为实施例1制备的GF的XRD图。
[0024]图2为实施例1制备的FeOCl/GF与FeOCl的XRD图。
(五)具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：
[0026]本专利技术实施例所述石墨毡是指铁岭申和碳纤维材料有限公司生产的5mm石墨毡。本专利技术所述室温为25
‑
30℃、气压100
‑
102Kpa，所用药品均为分析纯，购自国药集团。
[0027]实施例1、石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂的制备
[0028]采用浸渍法制备石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂，具体步骤如下：
[0029](1)石墨毡(GF)预处理
[0030]将石墨毡(片状，10
×
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂，其特征在于，所述催化剂以石墨毡为载体，以FeOCl为活性组分，所述活性组分质量负载量为10
‑
60％。2.一种权利要求1所述石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂的制备方法，其特征在于，所述石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂按如下方法制备：(1)石墨毡预处理将石墨毡放入马弗炉中，以3
‑
8℃/min的速度升温并在300
‑
600℃下煅烧1
‑
5小时，然后室温下，依次用丙酮，乙醇和蒸馏水超声浸泡洗涤，干燥，获得预处理后的石墨毡；(2)石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂的合成将步骤(1)预处理后的石墨毡浸入0.1
‑
2mol/L六水合三氯化铁水溶液中，室温下超声混匀，然后在空气中室温放置5
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15h，干燥；然后在空气气氛中以2
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8℃/min的速度升温至150
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300℃并煅烧2
‑
8h，自然冷却至室温，将产物用无水丙酮清洗除去未反应的三氯化铁，过滤，滤饼干燥，获得石墨毡负载氯基氧化铁固体催化剂。3.如权利要求2所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：童少平，江琪卉，王洁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：