申请日2017.08.09
公开（公告）日
2017.11.07
IPC分类号
B01J23/75;C02F1/72;C02F11/10;C02F101/30
摘要
本发明公开了 污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂及其制备方法和应用，催化剂是以污泥为载体，以硫酸亚铁和硝酸钴为催化剂过渡金属源，在浸渍、烘干后于350~600℃进行热解制得污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂。提供一种在污泥热解的同时制备污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的技术，制得的催化剂应用于类Fenton降解偶氮染料等难降解有机物污染治理领域，实现污泥资源化和“以废治废”。
权利要求书
1.污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂，其特征在于，所述催化剂是以污泥为载体，以铁盐和钴盐为催化剂过渡金属源，在浸渍、烘干后于350~600℃进行热解制得污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂。
2.污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，其制备步骤如下：
（1）预处理：将污泥热处理后获得的污泥粉末，污泥粉末粉碎研磨后过80目筛；
（2）负载：称取10g污泥粉末，加入30mL含有钴离子和铁离子的浸渍溶液，浸渍，搅拌，105℃烘干获得负载产物；
（3）煅烧：将上述负载产物盛于舟形坩埚并置于高温管式电阻炉中，控制加热速率为10~20℃/min，热解温度为350~600℃，热解时间为2.0~3.0h，煅烧全程通N2保护；
（4）研磨：对煅烧产物进行研磨；
（5）清洗：用去离子水清洗负载产物至电导率保持不变，80℃烘干即得到污泥基Co/Fe双金属复合催化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述污泥加热处理步骤如下：
（1）污泥烘干，污泥烘干制得污泥活性炭粉末备用，烘干温度为80-105℃；
（2）污泥固化，将步骤（1）中的部分污泥活性炭粉末无氧高温熔融固化制得陶瓷或玻璃状结晶体；高温固化的温度为500-1200℃，以最大限度防止有害物质淋出；
（3）预混，将步骤（1）中剩余的污泥活性炭粉和步骤（2）中结晶体按照体积比为4:2混合制得污泥粉末载体。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述污泥为造纸厂污泥或城市污水处理厂污泥。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述浸渍溶液为Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述浸渍溶液Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液的浓度为0.1~1mol/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液的配比为6:4~8:2。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，热解时，加热速率10~20℃/min，热解温度为350~600℃，热解时间为2.0~3.0h。
9.污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂应用于处理含有机污染物的废水。
10.根据权利要求8所述的污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的应用，其特征在于，所述有机污染物包括染料。
说明书
污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用与高级氧化技术领域，具体涉及污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业废水处理量的增加，处理过程中产生的污泥量也显著增加。传统的污泥处理方法如海洋倾倒、土地填埋、焚烧等，对于土壤、水、空气都存在潜在的环境风险，因此寻找无污染、高增值的污泥处理新方法成为极重要的问题。污泥，特别是造纸污泥，含有大量的碳，污泥经过热解可以制备成污泥基炭。污泥热解生成污泥炭，污泥体积减小，并且在这一过程中可以摧毁大多数的病原体和微生物，固定有毒金属，是极好的污泥处理方法。污泥热解所得的材料可以作为一种高效稳定的异相Fenton催化剂载体，且具备较高的催化活性和长期稳定性。
发明内容
本发明提供一种在污泥热解的同时制备污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的技术，制得的催化剂应用于类Fenton降解偶氮染料等难降解有机物污染治理领域，实现污泥资源化、高价值化、减量化、和“以废治废”。
本发明的第一目的是提供污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂。上述催化剂是以污泥为载体，以硫酸亚铁和硝酸钴为催化剂过渡金属源，在浸渍、烘干后于350~600℃进行热解制得污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂。
本发明的第二目的是提供污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的制备方法，其制备步骤如下：
（1）预处理：将污泥热处理后获得污泥粉末，污泥粉末粉碎研磨后过80目筛；
（2）负载：称取10g污泥粉末，加入30mL含有钴离子和铁离子的浸渍溶液，浸渍，搅拌，105℃烘干获得负载产物；
（3）煅烧：将上述负载产物盛于舟形坩埚并置于高温管式电阻炉中，控制加热速率为10~20℃/min，热解温度为350~600℃，热解时间为2.0~3.0h，煅烧全程通N2保护；
（4）研磨：对煅烧产物进行研磨；
（5）清洗：用去离子水清洗负载产物至电导率保持不变，80℃烘干即得到污泥基Co/Fe双金属复合催化剂。
本发明的制备方法进一步设置为，所述污泥加热处理步骤如下：
（1）污泥烘干，污泥烘干制得污泥活性炭粉末备用，烘干温度为80-105°；
（2）污泥固化，将步骤（1）中的部分污泥活性炭粉末无氧高温熔融固化制得陶瓷或玻璃状结晶体，高温固化的温度为600-1200°；之后将结晶体投入到Co(NO3)2溶液中浸泡搅拌，之后烘干，使得结晶体的微孔中致密填充有Co(NO3)2；
（3）预混，将步骤（1）中剩余的污泥活性炭粉和步骤（2）中结晶体按照体积比为4:2混合制得污泥粉末。
本发明的制备方法进一步设置为，步骤（1）中，上述污泥为造纸厂污泥或城市污水处理厂污泥。
本发明的制备方法进一步设置为，其特征在于，步骤（2）中，上述浸渍溶液为Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液。
本发明的制备方法进一步设置为，步骤（2）中，上述浸渍溶液Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液的浓度为0.1~1mol/L。
本发明的制备方法进一步设置为，步骤（2）中，上述Co(NO3)2溶液和FeSO4溶液的配比为6:4~8:2。
本发明的制备方法进一步设置为，步骤（3）中，热解时，加热速率10~20℃/min，热解温度为350~600℃，热解时间为2.0~3.0h。
本发明的第三目的是提供污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂的应用，上述催化剂应用于处理含有机污染物的废水。
本发明的应用进一步设置为，上述有机污染物包括染料。
本发明采用污泥废弃物为原料，通过负载-煅烧制备高附加值的污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂，以硫酸亚铁和硝酸钴为过渡金属源，通过煅烧使之牢固的负载在污泥炭上，从而形成污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂。利用污泥碳上所负载的钴离子和铁离子催化过硫酸盐(S2O82−)和单过氧硫酸氢盐(HSO5−)使之产生硫酸自由基(SO4•−)，进一步有效降解难降解的有机污染物。
本发明具有下述有益效果：
1.利用污泥废弃物，通过负载-煅烧制得了污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂，大大降低污泥的体积，减少对环境的占用，也具有极好的催化作用，在降解偶氮染料等难降解有机污染物等环境污染治理领域具有很好的应用前景。
2.本发明不仅解决了污泥的环境污染问题，还能制备得到高附加值的环境功能材料，可以试验以废治废、资源循环利用。
3.所制得的污泥基Co/Fe双金属复合类Fenton催化剂具有一定磁性，在使用过程中极易回收，重复使用，有效降低使用成本。
4.利用污泥制得污泥活性炭粉末，同时将部分污泥活性炭粉末进一步高温处理，在无氧600-1200度高温下融化成玻璃状或玻璃陶瓷状的结晶体，借助玻璃体或陶瓷体的致密结晶结构，将有毒物质和重金属牢牢束缚在玻璃体内，不会通过淋出造成二次污染，达到固化、钝化重金属和有机污染物的目的，同时使得作为催化剂的污泥基永久稳定，大大提高催化剂催化效果的稳定性和均一性。
5.本发明将污泥活性炭粉末与致密的结晶体混合后形成的污泥粉末，经过负载处理后再煅烧：温度为350~600℃，经过稍低的温度加热煅烧处理，污泥活性炭粉末变成半软化的炭泥并与结晶体形成具有大量微孔的物质，通过其制备的催化剂中含有大量结构稳定的微孔，果孔隙度好，催化剂化学性质稳定，催化效果更好。
具体实施方式
实施例1
1.原料
污泥、硫酸亚铁、硝酸钴
2.工艺步骤
（1）将污泥热处理制得污泥粉末，污泥粉末粉碎研磨后过80目筛；
（2）负载：称取10g污泥活性炭粉末，加入30mL配比为7:3的含有钴离子和铁离子的浸渍溶液，浸渍，搅拌，105℃烘干获得负载产物；
（3）煅烧：将上述负载产物盛于舟形坩埚置于高温管式电阻炉中，控制加热速率为20℃/min，热解温度为550℃，热解时间为2.0h，实验过程中通N2保护，控制N2流量为0.1m3/h；
（4）研磨：对煅烧产物进行研磨；
（5）清洗：用去离子水清洗负载产物至电导率保持不变，80℃烘干即得到污泥基Co/Fe双金属复合催化剂。
同时污泥加热处理包括步骤如下：
（1）污泥烘干，污泥烘干制得污泥活性炭粉末备用，烘干温度为80-105°；
（2）污泥固化，将步骤（1）中的部分污泥活性炭粉末无氧高温熔融固化制得陶瓷或玻璃状结晶体；高温固化的温度为600-1200°，之后将结晶体投入到Co(NO3)2溶液中浸泡搅拌，之后烘干，使得结晶体的微孔中致密填充有Co(NO3)2；污泥固化中使用的Co(NO3)2溶液浓度度低于负载过程中所使用的Co(NO3)2浓度。
（3）预混，将步骤（1）中剩余的污泥活性炭粉和步骤（2）中结晶体按照体积比为4:2混合制得污泥粉末。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。