申請(qǐng)日2014.10.15

　　公開(kāi)(公告)日2017.02.15

　　IPC分類(lèi)號(hào)B01J27/19; C02F1/30; C02F1/72

　　摘要

　　本發(fā)明屬環(huán)境催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料及其制備方法。將污泥與鐵鹽以一定比例混合并干燥后，通過(guò)空氣氛350oC煅燒3‑5 h，將鐵氧化物通過(guò)Si‑O‑Fe鍵負(fù)載在污泥載體上，形成由Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Cu等元素構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料。該技術(shù)利用污泥作為天然載體的優(yōu)勢(shì)，既成功實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化，又充分利用了污泥中富含的多種無(wú)機(jī)成分和固體有機(jī)物，使制得的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料光催化范圍擴(kuò)展到可見(jiàn)光，且催化活性較負(fù)載于污泥前性能得到顯著提高，該技術(shù)制備成本低廉，操作簡(jiǎn)單易行，易于規(guī)�；�推廣。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料，其特征在于所述催化材料具有介孔結(jié)構(gòu)特征，比表面積為4-15 m2/g;包括Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni和Cu，催化材料中鐵含量為10-25%，催化材料中其它金屬/重金屬含量為0.01-3%;負(fù)載的鐵氧化物主要以α-Fe2O3的形式存在。

　　2.一種如權(quán)利要求1所述的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下：

　　(1) 將污泥置于鐵鹽水溶液中室溫?cái)嚢?-10 h，將所得懸濁液離心，固體置于烘箱中105℃烘干，其中，鐵鹽和污泥的質(zhì)量比為0.5-100 mg/g;

　　(2) 將步驟(1)得到的固體置于馬弗爐中空氣氣氛下350℃煅燒3-5 h，使鐵化合物負(fù)載于污泥上，同時(shí)，使污泥中的吸附水和部分有機(jī)物體在煅燒過(guò)程中揮發(fā)、燃燒或碳化，得到由多孔結(jié)構(gòu)負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料，負(fù)載的鐵氧化物主要以α-Fe2O3的形式存在，并通過(guò)Si-O-Fe鍵負(fù)載在污泥載體上，重金屬作為光敏劑摻雜在所制備的催化材料中。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的制備方法，其特征在于所述污泥為剩余污泥、脫水污泥或消化污泥中任一種。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的制備方法，其特征在于所述鐵鹽為FeSO4•7H2O、(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O、FeCl3•6H2O或Fe(NO3)3•9H2O中任一種。

　　5.一種如權(quán)利要求1所述的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料在可見(jiàn)光、紫外光或太陽(yáng)光下催化光Fenton反應(yīng)的應(yīng)用。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料及其制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境催化材料領(lǐng)域，涉及一種污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料及其制備方法。

　　背景技術(shù)

　　“十二五”以來(lái)，我國(guó)污水處理能力及處理率迅速增長(zhǎng)，污水處理市場(chǎng)已從設(shè)施建設(shè)向運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變，而隨著運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)的完善，隨之而來(lái)的就是污泥問(wèn)題的凸顯。預(yù)測(cè)到2015年，全年城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)濕污泥(含水率80%)產(chǎn)生量將達(dá)到3359萬(wàn)噸。傳統(tǒng)的污泥處理方法，如土地填埋、露天堆放和外運(yùn)等方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)日趨嚴(yán)格的污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)，因此，開(kāi)發(fā)新的可能的污泥資源化利用方法具有重要的環(huán)境意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　多相光Fenton反應(yīng)催化材料是將具有催化活性的鐵化合物固定在相應(yīng)的具有較大比表面積的載體上。既具有了均相Fenton的無(wú)差別的高效催化性能，又不會(huì)由于反應(yīng)后鐵離子的無(wú)法回收而造成二次污染，因此成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。從上世紀(jì)八十年代以來(lái)，Nafion、分子篩、活性炭等均被用來(lái)作為鐵活性位點(diǎn)的載體，一系列相應(yīng)的多相光Fenton反應(yīng)催化材料被成功研制，但是這些催化材料只能在紫外光下被激發(fā)，部分還存在成本較高且在反應(yīng)過(guò)程中容易失活的問(wèn)題。

　　污泥中含有一定的金屬和重金屬、SiO2和有機(jī)固體，以污泥為載體制備的光Fenton催化材料相比普通光Fenton催化材料，有以下三方面性能優(yōu)勢(shì)：第一，污泥中的部分重金屬能夠作為可見(jiàn)光光敏劑將光Fenton反應(yīng)的光響應(yīng)范圍擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)域;第二，污泥中富含SiO2，鐵氧化物可通過(guò)Si-O-Fe鍵負(fù)載在污泥載體上的，保證了在反應(yīng)過(guò)程中催化劑穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和活性，不會(huì)產(chǎn)生二次污染;第三，污泥中的有機(jī)固體在該催化材料制備過(guò)程中能夠產(chǎn)生孔洞結(jié)構(gòu)，有利于促進(jìn)形成催化材料的中孔-介孔雙孔結(jié)構(gòu)。

　　目前，多相光Fenton反應(yīng)催化材料的載體多為Nafion、分子篩和活性炭等，部分還存在成本較高的問(wèn)題，本發(fā)明將公開(kāi)一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料及其制備方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于充分利用污泥中的金屬、重金屬、SiO2和有機(jī)固體等成分，提供一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料及其制備方法。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是：利用污泥作為天然載體的優(yōu)勢(shì)，將其中的金屬、重金屬和SiO2等無(wú)機(jī)成分充分分離，并保留污泥中的部分有機(jī)成分以固體形態(tài)存在，使從污泥主體中分離出來(lái)的金屬和重金屬能夠在后續(xù)制備過(guò)程中作為摻雜存留在催化材料中，使SiO2和有機(jī)固體在后續(xù)制備過(guò)程中分別能夠作為載體和促進(jìn)形成孔狀結(jié)構(gòu)。然后，通過(guò)高溫煅燒形成由Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Cu等元素構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料。

　　本發(fā)明提出的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料，所述催化材料具有介孔結(jié)構(gòu)特征，比表面積為4-15 m2/g;具有多種金屬、重金屬元素，包括Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni和Cu，催化材料中鐵含量為10-25%，催化材料中其它金屬/重金屬含量為0.01-3%;負(fù)載的鐵氧化物主要以α-Fe2O3的形式存在。

　　本發(fā)明提出的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的制備方法，具體步驟如下：

　　(1) 將污泥置于鐵鹽水溶液中室溫?cái)嚢?-10 h，將所得懸濁液離心，固體至于烘箱中105℃烘干，其中，鐵鹽和污泥的質(zhì)量比為0.5-100 mg/g;

　　(2) 將步驟(1)得到的固體置于馬弗爐中空氣氣氛下350℃煅燒3-5 h，使鐵化合物負(fù)載于污泥上，同時(shí)，使污泥中的吸附水和部分有機(jī)物體在煅燒過(guò)程中揮發(fā)、燃燒或碳化，從而得到由Na、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Cu等元素構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料。在這一過(guò)程中，負(fù)載的鐵氧化物主要以α-Fe2O3的形式存在，并通過(guò)Si-O-Fe鍵負(fù)載在污泥載體上，重金屬也在這一過(guò)程中作為光敏劑摻雜在所制備的催化材料中。

　　本發(fā)明中，所述污泥為剩余污泥、脫水污泥或消化污泥中任一種。

　　本發(fā)明中，所述鐵鹽為FeSO4•7H2O、(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O、FeCl3•6H2O或Fe(NO3)3•9H2O中任一種。

　　本發(fā)明所得污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的催化原理為：所含的重金屬及其氧化物被可見(jiàn)光激發(fā)，激發(fā)態(tài)的重金屬及其氧化物還原Fe3+生成Fe2+，從而發(fā)生Fenton反應(yīng)。反應(yīng)的主要活性基團(tuán)為羥基自由基。

　　本發(fā)明中，所述污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的用途為：在可見(jiàn)光、紫外光或太陽(yáng)光下催化光Fenton反應(yīng)的進(jìn)行，適用于水中多種污染物的降解礦化，反應(yīng)速率快，催化材料穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用。

　　該制備方法以及所得到的催化材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 在制備方法上，采用污泥作為載體，既為污泥的資源化利用技術(shù)提供新的參考，又降低了負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的成本，污泥中原有的部分鐵元素也被用來(lái)作為光Fenton反應(yīng)的催化活性位點(diǎn)，從而減少了鐵鹽的加入量，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

　　2. 在材料性能上，充分利用了污泥中富含的多種無(wú)機(jī)成分和物體有機(jī)物，使制得的污泥負(fù)載鐵多相光Fenton催化材料的性能得到顯著提高：增大光響應(yīng)范圍至可見(jiàn)光，提高催化效率，催化材料穩(wěn)定性好，可重復(fù)利用。

　　3. 在制備步驟上，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易行，易于推廣。