[发明专利]一种赤泥碳基催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种赤泥碳基催化剂的制备方法及应用，属于催化剂技术领域。本发明以工业废渣赤泥和废弃生物质椰子壳为原料，通过水热‑热解法制备出赤泥碳基催化剂，即利用椰子壳将赤泥中的赤铁矿还原成磁铁矿和零价铁，并通过在制备过程中加入硝酸调节pH，可有效解决现状纯赤泥催化剂因碱性较高，比表面积较小及铁价态较高导致的反应活性较低问题，同时实现固体废弃物的资源化利用。赤泥碳基催化剂可应用于有机污染物降解，对初始浓度为30mg/L的偶氮染料酸橙7(AO7)在反应10min后降解率可达97.18％，Fe的浸出量仅为58.66μg/L。

技术领域

本发明涉及一种赤泥碳基催化剂的制备方法及应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

随着工业化和城市化的快速发展，染料、农药和抗生素等有机污染物进入水体造成的环境污染，有机污染物毒性较大，难以降解，不能被传统的污水处理方法有效地去除。

目前，水中有机污染物的处理技术主要包括物理吸附法，生物法和化学降解法。其中，物理吸附法不能彻底消除污染物，只能将其从一种介质转移到另一种介质，并产生有害的废弃物；生物法单独使用时对有机污染物的降解效果不太理想，一般需要与其他方法联用；因此，具有反应快速、高效、运行维护方便等特点的化学降解法受到了广泛的应用。各种化学降解方法中，非均相类芬顿氧化法通过激活过氧化氢或过硫酸盐等氧化剂，生成自由基降解水中难降解有机物，氧化性强且无选择性，固体催化剂可以回收循环利用，操作简单，具有较大的应用潜力。在众多的非均相类芬顿催化剂中，过渡金属催化剂因制备简单，氧化效率高得到了广泛的应用，但这类催化剂成本较高，且存在金属浸出的风险。

赤泥是拜耳法生产氧化铝过程中产生的废渣，主要成分有Fe₂O₃、Al₂O₃、Al(OH)₃和SiO₂等，是一种富铁废渣。目前填埋是赤泥的主要处理方式，这不仅需要占用大量的土地，且有可能造成周边环境的严重污染。考虑到赤泥中含有大量的Fe，现有技术通过将赤泥热解后作为类芬顿催化剂激活过氧化物降解有机污染物，但反应活性均较低，主要原因是赤泥碱性较高，而芬顿反应最适pH范围为酸性，另外，赤泥中的Fe主要为三价，不利于激活过氧化物产生自由基，且赤泥比表面积较小，不利于活性点位与污染物之间的传质。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种赤泥碳基催化剂的制备方法，即利用椰子壳将赤泥中的赤铁矿还原成磁铁矿和零价铁，并通过在制备过程中加入硝酸调节pH，可有效解决现状纯赤泥催化剂因碱性较高，比表面积较小及铁价态较高导致的反应活性较低问题，同时实现固体废弃物的资源化利用。赤泥碳基催化剂可应用于有机污染物降解，对初始浓度为30mg/L的偶氮染料酸橙7(AO7)在反应10min后降解率可达97.18％，Fe的浸出量仅为58.66μg/L。

一种赤泥碳基催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将赤泥和生物质粉分散到去离子水中得到悬浊液；

(2)将硝酸加入到悬浊液中混合均匀得到混合液A；

(3)将混合液A置于温度为150～250℃条件下水热反应8～14h，固液分离，固体干燥后置于温度为400～1000℃、氮气氛围条件下热解反应1～4h，洗涤烘干即得赤泥碳基催化剂。

所述步骤(1)生物质粉为椰子壳粉；

优选的，所述生物质粉的粒径为100目～200目。

所述步骤(1)赤泥与生物质的质量比为1:(1～5)。

所述步骤(2)硝酸为市售优级纯浓硝酸。

进一步的，所述赤泥与硝酸的固液比g:mL为1:(0.1-10)。

所述赤泥碳基催化剂在催化降解有机污染物中的应用；