一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备及应用方法技术

本发明专利技术涉及一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备方法，将黑水虻虫粪生物炭、二硫化钼/水铁矿(MoS2/Fh)以及聚丙烯酰胺(PAM)按质量比0.1～0.8：0.01～0.06：0.5～1.5共溶于去离子水中制得混合液，其中黑水虻虫粪生物炭的浓度为0.03～0.27g/ml，在混合液中依次加入摩尔比为2～8：1.5～5.5：0.5～1.5的N,N

【技术实现步骤摘要】
一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备及应用方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，涉及类芬顿催化技术，尤其是一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备及应用方法。

技术介绍

[0002]随着经济与社会的发展，能源短缺与环境污染成为全世界面临的重要问题。其中水环境的污染现象尤为严峻，有机污染物的增加成为导致水环境问题的主要根源。相关研究表明，水体污染中有将近一半的污染物是有机物，尤其是从印染、造纸、酵母、酒精和淀粉等行业产生的有机废水，年排放量高达数百亿吨。这些污染物具有色度深、浓度大、组分复杂、难以生化降解等理化特性，依靠单一手段治理很难达标排放。因此，探索新技术方法和新材料，用于减少有机污染物向洁净水体排放的同时，做到节约能源、降低能源消耗。
[0003]黑水虻，腐生性的水虻科昆虫，因其繁殖迅速，生物量大，食性广泛、转化率高、容易管理等优点，被广泛用于转化处理各类有机废物。其转化后的产物黑水虻虫粪，是一种生物质废料，如不能合理使用，也会造成环境污染。
[0004]黑水虻虫粪多用于制备肥料，如CN112753904A、CN215744645U，目前还没有发现相关的将黑水虻虫粪用于污水处理的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备及应用方法，拓宽了黑水虻虫粪的应用领域。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术使用二硫化钼/水铁矿(MoS2/Fh)对以黑水虻粪便为生物质原料制备的生物炭进行改性，并用聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶包裹，制备MoS2/Fh改性生物炭凝胶类芬顿催化材料，并以亚甲基蓝为目标污染物于暗处、自然光下和紫外光下反应，对材料进行有机物降解性能测试，实验证明，本专利技术材料对亚甲基蓝降解率达到了90％以上。
[0008]本专利技术类芬顿催化材料的制备方法为：将黑水虻虫粪生物炭、MoS2/Fh以及丙烯酰胺，共溶于去离子水中制得混合液，其中，黑水虻虫粪生物炭：MoS2/Fh：丙烯酰胺的质量比为0.1～0.8：0.01～0.06：0.5～1.5，黑水虻虫粪生物炭的浓度为0.03～0.27g/ml。在混合液中依次加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，其中，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺：过硫酸铵：亚硫酸氢钠的摩尔比为2～8：1.5～5.5：0.5～1.5，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺的浓度为10～30mmol/L。快速混匀静置凝结后，用研钵将凝结的材料碾碎，于60～80℃烘箱内烘10～15小时，即得类芬顿催化材料。
[0009]优选地，黑水虻虫粪生物炭：MoS2/Fh：丙烯酰胺的质量比为0.2～0.5：0.02～0.04：0.8～1.2。
[0010]优选地，黑水虻虫粪生物炭的浓度为0.06～0.17g/ml。
[0011]优选地，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺：过硫酸铵：亚硫酸氢钠的摩尔比为4～6：2.5～
3.5：0.8～1.2。
[0012]优选地，N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺的浓度为15～25mmol/L。
[0013]进一步地，黑水虻虫粪生物炭的制备方法为：将黑水虻虫粪室温下自然风干，去除杂质及灰分；将适量黑水虻粪便在0.5～1.5mol/L盐酸中浸泡1～3h；将酸浸后的虫粪用蒸馏水洗涤至中性后于烘箱内烘干，完成虫粪前处理；将质量比为3～1∶2～1的氢氧化钾和经前处理后的虫粪于坩埚内混匀后，置于管式电阻炉中以N2作为保护气、4～6℃/min的速率升温，并在700～900℃下恒温1～3小时；待管式电阻炉降至室温后取出，即得虫粪生物炭。
[0014]进一步地，MoS2/Fh的制备方法为：称取质量比为8～10∶0.5～1.5的MoS2和Fh，将二者置于超纯水中超声分散20～40min，然后搅拌0.5～2h；将所得悬浊液离心，并用超纯水和无水乙醇分别洗涤2～5次，真空抽滤；滤饼在40～50℃下真空干燥，研磨即合成改性剂MoS2/Fh。
[0015]其中MoS2的制备方法为：将钼酸铵与硫代乙酰胺溶于去离子水中，钼酸铵与硫代乙酰胺的质量比为1.2～1.6∶0.8～1.2，钼酸铵的浓度为25～35g/L。于超声波清洗器中连续搅拌至混合均匀；将混合液置于聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，在180～220℃烘箱中持续反应20～25h；待反应釜冷却至室温后，将所得悬浊液进行离心，并用去离子水洗涤、真空抽滤；滤饼在40～60℃下烘干，研磨即得二硫化钼MoS2。
[0016]其中Fh的制备方法为：配置200～400g/L的水合硝酸铁溶液，配置80～150g/L的氢氧化钠溶液；在剧烈搅拌条件下，将两种溶液同时滴加到超纯水中，保持反应过程体系pH为7.0
±
0.1，连续搅拌2
‑
4h；将得到的悬浊液进行离心，并用超纯水和无水乙醇分别洗涤3次，然后在30
‑
50℃下进行真空干燥，研磨即得改性剂Fh。
[0017]MoS2/Fh是有机物催化降解的主要成分，同时抑制了“铁泥”的生成。此外，PAM水凝胶包裹了MoS2/Fh和生物炭这两个粉体材料，抑制了粉体催化剂在反应体系中的团聚，同时对催化材料的回收率均达到了73％，实现了“节能”与“减排”双赢。最后，所制备的虫粪生物炭相比其它的生物炭，黑水虻粪便含有大量有机质，是一种优良的生物质能源，经化验分析，粪便中含有粗蛋白质、水分、钙、总磷等各组分，经转化后具有多孔结构。
[0018]另外最重要的一点是，相比其他生物炭，如木质、秸秆、壳类等，黑水虻生物炭的碳含量较低，为30％左右，但重要的是其灰分含量最高，可达40％到50％，其他生物炭灰分含量仅在0％～20％之间。这些生物炭的灰分含有大量的钾、铝、硅、钠和铁等的氧化物以及少量的镁、钙、硼、铜，特别是灰分中包含碱阳离子(Na
+
、Mg
2+
、Ca
2+
等)以及能够提供电子或接受质子的物质，根据测定数据，粪便中的钙高达0.1
‰
，镁也可达0.2
‰
，这些在较高温度下发生分解反应所产生的越来越多的碱阳离子和碳酸盐等物质，对于化学催化可能起到推动作用。
[0019]本专利技术结合MoS2作为助催化剂，极大促进Fe
2+
催化高级氧化工艺的机理，提出MoS2/Fh+生物炭+PAM凝胶类芬顿的催化体系，可见光体系中催化降解亚甲基蓝的机理，如图1所示。基于PAM凝胶丰富的多级孔道结构，可以为生物炭基MoS2/Fh提供分散的附着点，使粉体催化剂分布均匀，阻止团聚现象，使催化材料在反应体系中展现出良好的分散性。当可见光照射在PAM凝胶中的生物炭基MoS2/Fh表面时，固体催化剂表面产生电子云密度势能差，同时黑水虻生物炭中灰分所含的金属离子也会加速电子传递。
[0020]一方面，Fe...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑水虻虫粪在类芬顿催化材料中的制备方法，其特征在于，将黑水虻虫粪生物炭、二硫化钼/水铁矿以及聚丙烯酰胺按质量比0.1～0.8：0.01～0.06：0.5～1.5共溶于去离子水中制得混合液，其中黑水虻虫粪生物炭的浓度为0.03～0.27g/ml，在混合液中依次加入摩尔比为2～8：1.5～5.5：0.5～1.5的N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，其中N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺的浓度为10～30mmol/L，快速混匀静置凝结后，将凝结的材料碾碎，于60～80℃烘箱内烘10～15小时，即得类芬顿催化材料；所述黑水虻虫粪生物炭的制备方法为：将黑水虻虫粪风干，去除杂质及灰分后在0.5～1.5mol/L盐酸中浸泡1～3h；将酸浸后的黑水虻虫粪用水洗涤至中性后烘干，完成虫粪前处理；将质量比为3～1∶2～1的氢氧化钾和经前处理后的虫粪于坩埚内混匀后，置于管式电阻炉中以N2作为保护气、4～6℃/min的速率升温，并在700～900℃下恒温1～3小时；待管式电阻炉降至室温后取出，即得虫粪生物炭；所述二硫化钼/水铁矿的制备方法为：称取质量比为8～10：0.5～1.5的二硫化钼和水铁矿，置于超纯水中超声分散20～40min，然后搅拌0.5～2h；将所得悬浊液离心，并用超纯水和无水乙醇分别洗涤2～5次，真空抽滤；滤饼在40～50℃下真空干燥，研磨即...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，曾明，曹芸璐，于晓慧，王智强，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：