[发明专利]一种木质素基非均相类芬顿催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及到一种木质素基非均相类芬顿催化剂的制备方法

背景技术

木质素是一种广泛存在的可再生芳香族聚合物，被称为21世纪可被人类利用的最丰富的绿色资源之一。制浆造纸工业每年从植物中分离出5000万吨左右的工业木质素副产品，但95％以上的木质素或未被分离直接排入江河或浓缩后直接燃烧。如果能将木质素加以充分利用不仅可以降低环境污染，还可以有效利用生物质资源，从而达到节能减排的目的。

芬顿氧化技术作为一种新型的高级氧化技术，对有机废水的治理具有重要的作用。以可溶性Fe²⁺催化H₂O₂反应为代表的芬顿氧化技术不仅能够快速高效地降解有机污染物，并且能够较为彻底的将有机物氧化分解。但是芬顿反应同样具有一定的不足，这种可溶性铁盐催化剂活性有限且无法分离、回收，从而在后续处理过程中形成大量污泥，对环境产生二次污染，同时过氧化氢利用率低。为克服这些缺点，研究人员提出制备非均相Fenton反应催化剂进行非均相Fenton反应，即将生物质材料或无机材料作为载体将Fe²⁺、Fe³⁺或含铁氧化物固载，使其均匀分散至载体的表面，可以减少反应后溶液中铁离子的数量，避免二次污染，降低成本。非均相Fenton催化氧化反应，其催化剂活性好，使用寿命长；具有适宜的比表面积、孔体积、孔径等物化性能。因此制备出高效、易分离的非均相芬顿催化剂至关重要。

目前非均相催化剂的制备方法主要有沉淀法、浸渍法、离子交换法及煅烧法等。专利CN 102974351 A将竹炭与Fe³⁺溶液浸渍一定时间，烘干后后在马弗炉中煅烧，制备出了载铁竹炭非均相芬顿催化剂；专利CN 104209138 A将MnSO₄·H₂O与FeSO₄·7H₂O溶液混合后得到混合体系，向混合体系中加入NaY分子筛，混合均匀，向上述混合体系中加入柠檬酸，水浴反应，将所得粘稠物烘干、煅烧，得到Fe-Mn/NaY负载型非均相芬顿催化剂；专利CN 102909073 A公开的是一种用于印染废水处理的非均相类芬顿催化剂，将金属盐(铜盐或铁盐或两种盐的混合物)溶液在磁力搅拌器作用下逐滴加入到络合剂溶液(柠檬酸、柠檬酸盐、草酸、草酸盐)中，滴加完后搅拌20-60min可得金属络合物溶液，然后将活性碳纤维浸渍在金属络合物溶液中1-24h，取出活性碳纤维经蒸馏水洗涤，烘干，即得所述非均相类芬顿催化剂。

现有非均相芬顿催化剂多采用工业化碳材料或分子筛等直接作为基体制备，成本较高，且催化剂表面的铁基氧化物的种类较少，使得催化活性不高。

发明内容

本发明提供了一种木质素基非均相类芬顿催化剂的制备方法，以工业废弃物-木质素为载体，经铁离子负载改性和煅烧制备出一种磁性、高效的非均相芬顿催化剂。

本发明中一种木质素基非均相类芬顿催化剂，其特征在于所述非均相类芬顿催化剂是将铁离子负载在木质素上，再依次经干燥、煅烧、清洗除杂后干燥制成的；具体方法是按下述步骤进行的：

步骤一、用浸渍法将铁离子负载在木质素上，过滤后干燥；

步骤二、然后在惰性气体保护下煅烧，再清洗除杂，然后干燥；即得到木质素基非均相类芬顿催化剂；

其中，铁离子为Fe²⁺和/或Fe³⁺。

步骤一所述木质素为碱木质素、硫酸盐木质素、酶水解木质素、酸水解木质素、木质素磺酸盐及上述木质素相关衍生物中的一种或其中几种的混合，所述木质素混合物时，各种木质素之间按任意比组合；优先：所述木质素为碱木质素。

步骤一中所述浸渍是将铁离子浓度为0.01mol/L～2mol/L的含铁离子溶液与木质素溶液混合后搅拌均匀，其中所述的铁离子与木质素的质量比为1:(1～100)，然后调节溶液至中性，浸渍处理1h～12h；优选：所述的铁离子种类为Fe²⁺，铁离子与木质素的质量比为1:(2～10)。

步骤一所述浸渍时间为2～6h。

步骤二将经步骤一处理后的木质素置于炭化炉中，在惰性气体氮气保护下，快速升温至300～1200℃，煅烧0.5～8；煅烧温度优选为600℃～900℃。煅烧时间优选为1～4h。