高效水处理用铁锰催化金属载体材料及其制备方法

　　申请日2018.03.14

　　公开(公告)日2018.08.24

　　IPC分类号B01J23/889; B01J37/16; B01J37/08; C02F1/461; C02F101/30

　　摘要

　　本发明公开了一种高效水处理用铁锰催化金属材料及其制备方法。本发明将一定量的铁基材料、皂土经粉碎混匀后进行造粒成球团状，然后将其投加到反应釜中还原焙烧，制得球状铁基功能单体;之后将铁基功能单体、粉状二氧化锰投加到溶有聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯的丙酮中，滴加一定量三乙烯四胺，充分混匀30min，然后在70～80℃温度下真空干燥，制得铁锰成型前体;最后将铁锰成型前体置于反应釜中经三个温控阶段进行焙烧，冷却至室温后，即得到本发明所述的高效水处理用铁锰催化金属材料。本发明的铁锰催化金属材料具有比表面积大、无污染，反应速度快、适用范围广且运行成本低等特点。

　
　　权利要求书

　　1.一种高效水处理用铁锰催化金属载体材料，其特征在于，制备步骤包括：

　　(1)将一定质量的铁基材料、皂土经粉碎混匀后进行造粒成球团状，然后将其投加到反应釜中还原焙烧，制得球状铁基功能单体;

　　(2)将铁基功能单体、粉状二氧化锰投加到溶有聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯的丙酮中，滴加一定量三乙烯四胺，充分混匀30min，然后在70～80℃温度下真空干燥，制得铁锰成型前体;

　　(3)将铁锰成型前体置于反应釜中经三个温控阶段进行焙烧，冷却至室温后，即得到本发明所述的高效水处理用铁锰催化金属材料。

　　2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铁基材料与皂土质量配比为25～35:1。

　　3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铁基材料为零价铁、铁合金、铁氧化物、硫化铁、多铁复合材料中之一，或其任意比例混合物。

　　4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的造粒粒径为5～15mm。

　　5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的还原焙烧过程为200～400℃干燥1h、900～1000℃预热30min、1200～1300℃烧结4h、冷却至室温。

　　6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的球状铁基功能单体含铁量大于95%。

　　7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述铁基功能单体与粉状二氧化锰质量配比为15～20:1。

　　8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的丙酮中的聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯份量配比为10:3:1。

　　9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的丙酮和三乙烯四胺投加量以使混合液体为粘稠状为准。

　　10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的三个温控阶段分别为：80～150℃温度下30～60min，180～300℃温度下1h，500～800℃温度下2h。

　　说明书

　　一种高效水处理用铁锰催化金属载体材料及其制备方法

　　技术领域

　　本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效水处理用铁锰催化金属载体材料及其制备方法。

　　背景技术

　　近年来，随着污水治理领域的不断扩展和延伸，许多新的处理方法都涌现出来，铁基材料也越来越广泛的运用于水体污染治理中。铁元素本身是无毒的，不会对环境产生二次污染，它不仅可以与氯代有机物发生氧化反应，将三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷等降解为低毒性的小分子化合物，还能够还原一些重金属，例如:铬、汞、铅等，使其从高价态物质还原成低价态无毒的非溶解态，避免了二次污染。铁基材料还是很好的催化剂，在高级氧化技术领域中，它能够催化双氧水或过硫酸盐来降解有机物和偶氮染料。此外，零价铁也常被运用与硝酸盐污染治理的研究中，铁的氧化物具有高效性和实用性，氧化铁还可以用来处理CO，在无氧条件下能够直接氧化CO，充分反应后生成CO2解除了对环境的迫害。铁基材料是一种新型多功能绿色材料，应用前景非常广阔。

　　铁基材料的来源丰富，用途十分广泛，但是单独的铁基材料也有其局限性：对于性质较稳定的有机物或重金属，其处理能力较差，且随着反应的进行，由于表面氧化层的形成，它们的活性会慢慢下降，制约了其进一步处理污染物的能力;空气中容易被氧化，最终导致零价铁的活性降低，并且由于自身磁性和地磁场的作用，零价铁容易团聚，在工程运行中会造成设备的堵塞;由于铁氧化物表面Fe2+的数量有限，并且Fe2+/Fe3+的氧化还原循环较慢，所以铁氧化物的活性较弱，作为催化剂用于非均相Fenton和类Fenton体系时，其催化活化效率较低。因此，通过一定的途径将铁基材料进行改性，使其具有更强的处理污水的性能，成为了许多学者广泛研究的课题。

　　发明内容

　　本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种无污染，反应速度快、适用范围广、运行成本低的高效水处理用铁锰催化金属载体材料。

　　一种高效水处理用铁锰催化金属载体材料，其特征在于，制备步骤包括：

　　首先，将一定质量的铁基材料、皂土经粉碎混匀后进行造粒成球团状，然后将其投加到反应釜中还原焙烧，制得球状铁基功能单体;

　　然后，将铁基功能单体、粉状二氧化锰投加到溶有聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯的丙酮中，滴加一定量三乙烯四胺，充分混匀30min，然后在70～80℃温度下真空干燥，制得铁锰成型前体;

　　最后，将铁锰成型前体置于反应釜中经三个温控阶段进行焙烧，冷却至室温后，即得到本发明所述的高效水处理用铁锰催化金属材料;

　　进一步，所述铁基材料与皂土质量配比为25～35:1。

　　进一步，所述的铁基材料为零价铁、铁合金、铁氧化物、硫化铁、多铁复合材料中之一，或其任意比例混合物。

　　进一步，所述造粒粒径为5～15mm。

　　进一步，所述还原焙烧过程为200～400℃干燥1h、900～1000℃预热30min、1200～1300℃烧结4h、冷却至室温。

　　进一步，所述球状铁基功能单体含铁量大于95%。

　　进一步，所述铁基功能单体与粉状二氧化锰质量配比为15～20:1。

　　进一步，所述丙酮中的聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯份量配比为10:3:1。

　　进一步，所述丙酮和三乙烯四胺投加量以使混合液体为粘稠状为准。

　　进一步，所述三个温控阶段为：80～150℃温度下30～60min，180～300℃温度下1h，500～800℃温度下2h。

　　本发明提供的高效水处理用催化金属材料的制备方法特点是利用了极化改性和金属催化的技术手段，在制备过程中通过加入皂土对铁基材料进行极化改性处理，反应活性大大提高。

　　本发明中所使用的铁基材料为一种或多种混合物，来源广泛，废水处理过程中能同时形成多种微小原电池，电化学性能优越;锰的加入提高了海绵铁的比表面积，增加了铁基功能单体的活性位点;高价态的锰可将有机物氧化，自身转化为低价态，而铁在有氧条件下处理废水时会有活性氧化物产生，从而将低价态锰氧化为高价态，完成一个催化循环。球状结构铁锰双金属材料，水通透性好，不易发生板结，比表面能高，具有氧化和吸附的双重作用;反应速度快，大大节约了设备投资与运行成本。