一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光-Fenton催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光

【技术实现步骤摘要】
一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光
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Fenton催化剂，尤其涉及一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工农业生产的快速发展和人们生活水平的不断提高，生产和生活所涉及的有机物的种类和数量日趋增加，导致大量有机物被排放到自然水体中，如有机染料、杀虫剂、有机溶剂和抗生素等。这些有机物在水体中消耗溶解氧，引起水体COD升高，导致能维持水体自净功能的需氧微生物死亡而丧失自净功能，从而使水体发黑发臭、腐化变质、毒素积累，不仅严重破坏生态环境，还严重威胁人们身体健康，特别是一些难降解的有机污染物还可经食物链富集，最后进入人体，直接威胁人们身体健康与生命安全，因此，必须研发有效方法以去除日益严重的有机物污染。目前，已研发处理方法，如化学混凝法、化学氧化法、吸附法、膜分离法、生物法、液相等离子体技术和高级氧化技术等。但这些方法均存在一些不足，如混凝法对多数可溶性有机污染物处理效果差，且有大量需处理的污泥；化学氧化法的氧化剂消耗量大，成本高；吸附法和膜分离法只是将有机物转移，未从根本上消除污染物，且处理效率较低，材料消耗大，成本较高；生物法虽然处理条件较温和，费用低，对环境污染少，但适于有机污染环境的微生物少，且处理的周期长、效率低、剩余污泥量大等问题，难以满足大规模有机废水的处理要求。与上述方法相比，高级氧化技术，如电化学氧化、臭氧氧化、Fenton氧化(包括光
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Fenton和电
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Fenton)和光催化降解等，在电、光和催化剂的作用下对有机污染物进行深度处理，降解效率高，矿化程度高，对污染物的去除比较彻底，且成本较低，二次污染小，因此，逐步成为有机废水处理领域研发的重点和热点。其中，Fenton氧化对有机污染物降解能力较强，反应条件温和，设备及操作简单，适应废水环境能力强、范围广，处理成本较低，是目前推广应用最广泛的高级氧化技术，但存在Fenton试剂消耗量较大、效率不够高、需在较强酸性条件下(pH＝3左右)、催化剂不易分离与重复利用，产生的含铁污泥多等缺点。推广应用Fenton氧化技术需要解决的关键问题主要有：进一步提高催化降解效率；拓展pH适用范围，特别是尽量在近中性和弱碱性范围有较高的催化效率；提高催化剂的循环使用寿命；降低含铁污泥等二次污染；进一步降低处理成本。将Fenton试剂的Fe
2+
转变成固体含铁化合物制成异相Fenton催化剂(或用固体含铁化合物替代)可拓宽其使用的pH范围，提高催化剂的循环使用寿命，显著降低含铁污泥，但催化效率仍有待进一步提高。借助光特别是自然光的照射可望有效提高催化产生降解有机污染物的活性物种，如
·
OH、
·
O2－和空穴H
+
，因此，将含铁物质制成具有光活性的异相Fenton催化剂已成为该领域技术发展的方向之一。
[0003]Fenton催化是通过Fe
2+
与Fe
3+
的循环转化来促进H2O2产生进攻和破坏有机污染物的活性物种
·
OH的。原则上含铁氧化物，如Fe2O3和Fe3O4等都可作为异相Fenton催化剂，但由于受其结构与形貌的限制，其催化活性较低。硫铁矿烧渣是焙烧硫铁矿生产硫酸时产生
的固体废物，我国年产生烧渣量在14～15Mt，约占全国化工废渣的30％(X.
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H.FAN,Q.DENG,M.GAN,H.
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B.WANG.Effect of Biochar as Reductant on Magnetizing
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roasting Behavior of Pyrite Cinder.J.Iron.Steel Res.Int.,2015,22(5):371
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376)。虽然硫铁矿烧渣的主要物相为Fe2O3、SiO2和Al2O3等，其中Fe含量高达30～50％，但由于受结构和形貌的限制，其作为异相Fenton催化剂的活性较小，研究报道很少(段冬,吴德礼,马鲁铭.新型类Fenton催化剂用于酸性红B染料废水处理的研究.环境工程学报，2010，4(11):2413
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2418)，需与CuO、TiO2和Ag2O等复合构建类Fenton催化剂(李海松，毛圣捷，王敏，黄萌萌，史豪杰.非均相Fenton催化剂深度处理维生素C废水的试验.环境化学，2014,33(8):1391
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1395).并且由于Fe2O3本身的光催化活性很小(CLAUDIUS KORMANN，DETLEF W.BAHNEMANN，MICHAEL R.HOFFMANN.ENVIRONMENTAL PHOTOCHEMISTRY:IS IRON OXIDE(HEMATITE)AN ACTIVE PHOTOCATALYST？A COMPARATIVE STUDY:a
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Fe2O3,ZnO,TiO2.Journal of Photochemistry and Photobiology,A:Chemistry,48(1989)161
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169)，要将硫铁矿烧渣开发成异相Fenton催化剂，并借助光的辅助作用进一步提高催化活性，降低对有机废水的处理成本，需将其中Fe转化成具有光催化活性的物质及相应的结构与形貌。由于限域型催化剂不仅可通过多孔基体调控光催化剂的结构与形貌，而且限域环境可提供特殊的电子环境，因此，可望促进催化活性的进一步提高。

技术实现思路

[0004]鉴于Fenton催化氧化技术以及硫铁矿烧渣作为类Fenton催化剂存在的问题，本专利技术提供一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂及其制备方法和应用，以限域型催化剂为催化活性组分提供特殊的电子环境，提高Fenton催化氧化处理有机污染物的效果，降低处理成本。该复合催化剂以硫铁矿烧渣为原料，以硫铁矿烧渣中提取得到的氯化铁作为氯氧铁生成的铁源，以硫铁矿烧渣中提取铁后剩余多孔渣作为氯氧铁生成的模板和结构调控剂；其中的氯氧铁形成于剩余多孔渣的孔道中或相邻剩余渣颗粒间的空隙中，实现对氯氧铁结构与形貌的有效调控，并使氯氧铁与剩余渣中铁氧化物产生协同作用，显著提高其对抗生素等有机污染物的光
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Fenton催化降解性能，拓宽了pH适用范围。克服了传统氯氧铁的结构与形貌难以控制和对有机污染物的催化降解活性低等缺陷。且其制备方法工艺简单、可靠，反应易于控制，产物收率高，三废排放少，工艺过程环保，易于推广和实现工业化。本专利技术为硫铁矿烧渣高附加值资源化利用提供了新途径。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂，以硫铁矿烧渣中提取得到的氯化铁作为氯氧铁生成的铁源，以硫铁矿烧渣中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂，其特征在于，以硫铁矿烧渣中提取得到的氯化铁作为氯氧铁生成的铁源，以硫铁矿烧渣中提取铁后剩余多孔渣作为氯氧铁生成的模板和结构调控剂；氯氧铁形成于剩余多孔渣的孔道中或相邻剩余渣颗粒间的空隙中，实现了氯氧铁结构与形貌的有效调控，并使氯氧铁与剩余多孔渣中铁氧化物产生协同作用。2.根据权利要求1所述的限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硫铁矿烧渣研磨过80～100目筛，加入到反应器中，然后按盐酸体积与硫铁矿烧渣质量比为1.45～3.25mL∶1g，将质量百分比浓度为20％～29％的盐酸溶液滴加到反应器中，同时启动搅拌器，在200～250r/min搅拌速度和75～85℃下回流反应1.5～2h；(2)将步骤(1)的反应混合物过滤，收集滤液待用，即氯化铁溶液；滤渣用蒸馏水洗涤至中性；收集洗涤水用于下一轮盐酸溶液配制，洗涤滤渣置于鼓风干燥箱中于100～110℃下干燥至恒重，即得剩余多孔渣m
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PyC；(3)将步骤(2)收集的剩余多孔渣加入到收集的滤液中，充分搅拌20～30min；然后固液分离，将吸着氯化铁溶液的剩余渣再转移至陶瓷坩埚中，置于马弗炉中在240～260℃下煅烧1.5～2h；自然冷却后，收集固体产物，用丙酮洗涤3～5次，回收丙酮，蒸馏后用于下一轮产物洗涤；再用蒸馏水洗涤1～2次，然后置于真空干燥箱中于50～70℃下干燥至恒重，即得产物限域型硫铁矿烧渣/氯氧铁复合光
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Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立华，董文豪，刘星，潘伟民，匡秋娟，徐世杰，唐安平，薛建荣，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：