[发明专利]一种类Fenton催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种类Fenton催化剂及其制备方法，所述的类Fenton催化剂以污泥热解炭为原料，黏土作为结合剂，在不加铁源或过渡金属源的条件下制备得到，所述的铁源为铁盐和铁的氧化物，所述的过渡金属源为过渡金属的盐和过渡金属氧化物，所述的类Fenton催化剂在pH值为2～10的范围内对催化双氧水降解废水中抗生素的降解效率≥80％≥。本发明一方面充分利用污泥热解炭为原料，制备性能良好的类Fenton催化剂，为污泥热解炭高附加值利用提供新途径；另一方面，经高温保护气氛下无氧焙烧得到的类Fenton催化剂，强度高，不易脱落于液体中，易回收，重金属固化稳定，环境安全性高，成本低，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用与废水处理技术领域，尤其是一种类Fenton催化剂及其制备方法。

背景技术

随着污水处理效率的显著提升，城市污泥的产量快速增加，城市污泥处置压力越来越大。污泥热解炭化作为一种比较先进的污泥处理技术，因其能去除污泥中的病毒、寄生生物和有毒污染物，实现污泥的高效无害化与减量化而逐渐成为关注的焦点。目前，关于污泥热解炭化的研究重点大都集中在降低污泥减量化处理成本、减少能源消耗以及实现重金属固化稳定等方面，而对污泥热解炭化后得到的污泥热解炭的高附加值资源化利用研究不多。

另一方面，Fenton氧化可以有效去除水体中的不易降解的有机污染物，在废水处理中应用十分广泛。Fenton反应是指过氧化氢(H₂O₂)与二价铁离子Fe²⁺的混合溶液将有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，但传统的Fenton氧化也存在以下几个方面的不足：(1)在处理高浓度污染物时双氧水用量大，导致废水处理成本较高；(2)光助Fenton法使用的大多是紫外光，能耗高，且对高浓度、高色度、透光性差的废水作用有限；(3)常规的Fenton试剂属于均相催化体系，需进行后续处理以回收催化剂、回收成本高、流程复杂、易引起二次污染。(4)Fenton反应的适用pH范围小，一般须在pH3进行，不但导致调节pH值所用的试剂量大，成本高，同时在低pH下易导致Fe离子等金属催化成分的大量溶出，降低催化剂的使用寿命，并容易造成水体的潜在的二次污染。由于常规Fenton试剂H₂O₂的利用率不高，不能充分矿化有机物，而利用铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相Fenton催化剂同样可使H₂O₂分解产生·OH，形成类Fenton反应体系。因此，研发出一种pH使用范围广，金属离子不易释放，使用寿命长的类Fenton催化剂具有重要意义。

研究发现污泥热解炭中含有丰富的Fe、Si、A1、Ca、Mg、C等元素，尤其Fe²⁺的含量较高，使得污泥热解炭在制备催化剂方面有良好的利用潜力。中国发明专利申请CN106007776 A，公开了一种污泥热解生物炭制备陶粒的方法与装置，将污泥热解生物炭经粉磨、调湿、造粒、低温干燥、中温预烧、高温烧结，最后冷却获得陶粒。该工艺方法采用氧化性气氛下高温焙烧，实现污泥热解生物炭中重金属的进一步高效固化与钝化，得到的陶粒适用于建筑材料，未涉及类Fenton催化剂的制备。中国发明专利申请CN 106311202 A，公开了一种污泥炭催化剂的制备方法及催化剂和应用，通过强酸或强碱获得改性污泥炭催化剂和利用过渡金属溶液浸渍获得过渡金属改性的污泥炭催化剂，在湿式氧化中具有较高活性，但是该发明需要用到额外的试剂进行改性，成本较高。中国发明专利申请CN 106076335 A，公开了一种非均相Fenton催化剂的制备方法和应用，利用废弃物铁泥和沼渣通过清洗、干燥、粉碎、掺杂浸渍、高温活化、酸洗及筛分等步骤，制备出非均相Fenton催化剂；该发明不仅需要掺杂，还需要高温活化，酸洗等工艺，存在制备工艺复杂，成本高，污染物去除效率(70％左右)不高，二次污染等缺点。