[发明专利]一种污泥炭基类Fenton催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于废弃物资源化利用与环境污染治理技术领域。具体涉及一种污泥炭基类Fenton催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

污泥炭基类Fenton催化剂 随着城市和工业废水处理量的增加，在处理污水过程中产生的污泥量也显著增加，我国已经成为全球最大污泥产生国，大量的污泥产量带来的的环境问题十分严重。因此，污水污泥的处置问题已成为最重要的环境问题之一。传统的污水污泥处理方法，如海洋填埋、焚烧等，对土壤、地下水和空气均有潜在的环境风险。从可持续发展的角度考虑，必须要探索新的方法，以最大限度将污泥地重复利用，并尽量减少有毒有害残余物。热解则是一种有效的减少污泥的体积和生产有用的最终产品的污泥处理方式。

Fenton反应是一种通过羟基自由基(·OH)有效的降解难降解有机污染物的方式。然而，一些缺点限制了均相Fenton反应在工业中的广泛使用中，如pH值的限制，并且极难回收。因此，近年来非均相Fenton催化剂迅速发展。非均相催化剂具有无腐蚀性，环境友好，易回收等优点。目前，许多非均相催化剂存在许多问题，如大量的铁浸出和稳定性差。因此，具有高的催化活性和长期稳定性的非均相催化剂是提高催化效率和应用的关键。目前，尚未见有利用污泥通过先活化后负载的方式制备催化剂的研究和报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有的缺陷和不足，提供一种在污泥热解的同时制备污泥炭基类Fenton催化剂的技术，制得的催化剂应用于类Fenton降解偶氮染料等环境污染治理领域，实现污泥资源化和“以废治废”。

本发明的第一目的在于提供一种污泥炭基类Fenton催化剂的制备方法，其以污泥为原料，以复合活化剂活化污泥，以活化剂于500~600℃热解产生的气体为造孔剂，制备污泥活性炭，以所制备的污泥活性炭为载体，以硫酸亚铁为催化剂铁源，于350~550℃进行热解制得污泥炭基类Fenton催化剂。

本发明方法进一步设置为，其制备步骤包括：

（1）预处理：将污泥105℃烘干，粉碎研磨后过80目筛；

（2）活化：称取6g污泥并加入复合活化剂，使活化剂与剩余污泥接触混合，放入恒温水浴振荡器中震荡活化；放入105 ℃烘箱中5h烘干；

（3）热解：将上述活化后物料盛于舟形坩埚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500~600℃，热解时间为1.0~2.0h，实验过程中通N₂保护；

（4） 后处理：待冷却后，产品用盐酸清洗，再用70 ℃蒸馏水漂洗至pH= 6-7，而后用超声波清洗器清洗，放置烘干箱中在80 ℃下烘干，研磨，过200目筛，得到污泥活性炭粉末样品，即为催化剂载体；

（5）负载：称取10g污泥活性炭粉末，加入30mL FeSO₄溶液，浸渍，搅拌，105℃烘干；

（6）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10~20℃/min，热解温度为350~550℃，热解时间为2.0~3.0h，实验过程中通N₂保护；

（7）清洗：用去离子水清洗负载产物至电导率保持不变，80℃烘干即得到污泥炭基类Fenton催化剂；

本发明方法进一步设置为，上述步骤（2）中复合活化剂为ZnCl₂/Ca(OH)₂，其中，干污泥与ZnCl₂（5mol/ L）固液质量比为1:1~2(g/mL)，Ca(OH)₂为4 ~8wt. %干污泥质量。

本发明方法进一步设置为，上述步骤（2）中，活化温度为20~25℃，活化时间为1.0~2.0h。

本发明方法进一步设置为，上述步骤（2）中上述污泥为造纸厂污泥或者城市污水处理厂污泥。

本发明方法进一步设置为，上述步骤（3）中，热解时，加热速率为10~20℃/min，热解温度为500~600℃，热解时间为1.0~2.0h。

本发明方法进一步设置为，上述步骤（4）中，清洗所用盐酸浓度3mol/L ，所用蒸馏水温度为70 ℃，而后用超声波清洗器功率控制在50~60W。

本发明方法进一步设置为，上述步骤（5）中，所加入FeSO₄溶液为0.1~1mol/L，浸渍时间为1~2h，搅拌时间为24~30h；