一种铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法，该铁锰复合氧化物催化剂，为颗粒状，是由聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、硫酸亚铁、碳酸钠与天然锰铁矿石反应后煅烧制得，该催化剂用于生化处理后的造纸废水深度降解，本发明专利技术的催化剂由传统的硫酸亚铁变为铁锰复合氧化物颗粒，通过煅烧可再次循环使用，化学污泥产量低，节约污泥处理成本，减少二次污染的产生，易实现固液分离。

【技术实现步骤摘要】
一种铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法，属于水处理

技术介绍
纸浆造纸工业是我国国民经济的重要组成部分，然而其也成为我国重要的水污染源之一。废水排放量大，其含有高浓度生物难降解的木质素和纤维素。纤维悬浮物含有大量的有机物，当这些有机物发酵分解后会消耗水中大量的溶解氧，从而会使水质变差。造纸废水中也含有大量的具有持久性的有毒物质，对人类健康造成危害。我国处理造纸废水主要采用是物理处理和生化处理结合的方法，但是处理后的水中仍有较多的苯环结构木素类高分子有机物，色度、COD等仍较高。芬顿处理技术为当前常用的深度处理技术之一，通过产生的强氧化性羟基自由基可有效降解污水中各类有机污染物，同时具有脱色效果。但采用芬顿法，处理前需将废水的pH值调至2.5-3，反应后将pH值调至中性，反复调酸、调碱增加了处理成本，并且产生大量的絮凝沉淀，造成水体的二次污染。
技术实现思路
针对现有的不足，本专利技术提供一种铁锰复合氧化物催化剂，采用该催化剂对制浆造纸废水进行深度处理，不会产生大量的絮凝沉淀，处理效率高且成本低，对制浆造纸废水达到深度处理。本专利技术的技术方案如下：本专利技术的一种铁锰复合氧化物催化剂，为颗粒状，使用Cu-Kα射线对材料b进行XRD表征，其在2θ为20.8°、26.6°、36.5°、36.5°、40°、50°、60°显示有SiO2特征峰；在2θ为23°、33°、38.3°、55.3°显示有α-Mn2O3特征峰；在2θ为24°、33.1°、35.6°、49.3°、54°显示有α-Fe2O3特征峰。铁锰复合氧化物催化剂颗粒粒径为1-3mm。本专利技术还提供铁锰复合氧化物催化剂的制备方法，包括步骤如下：1)取聚乙烯醇加入蒸馏水，加热搅拌溶解，冷却至室温，制得聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的加入量与蒸馏水的质量比为1：(8-12)，单位：100g/L；2)将聚乙烯醇溶液与十二烷基苯磺酸钠溶液一起加入硫酸亚铁溶液中，磁力搅拌1-2min，然后加入碳酸钠溶液，制得混合溶液；所述十二烷基苯磺酸钠溶液的摩尔浓度为(0.1-0.3)mol/L，硫酸亚铁溶液的摩尔浓度为(1.1-1.5)mol/L，碳酸钠溶液的摩尔浓度为(2-3)mol/L；聚乙烯醇溶液：十二烷基苯磺酸钠溶液：硫酸亚铁溶液：碳酸钠溶液体积比为(3-7):(15-25):(20-40):(6-10)；3)取天然锰铁矿石加入步骤2)制得的混合溶液中，搅拌反应3-10h，每升混合溶液中加入天然锰铁矿石200-400g；反应结束后分离固体颗粒，将固体颗粒烘干，然后于500-600℃下煅烧2-4h，冷却，即得产品。本专利技术制得的铁锰复合氧化物类芬顿深度处理催化剂为颗粒状，是由聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、硫酸亚铁、碳酸钠与天然锰铁矿石反应后煅烧制得，聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、硫酸亚铁、碳酸钠与天然锰铁矿石的质量比为1:(1～4):(15～25):(3～6):(35～45)。粒径在1-3mm，为铁颗粒负载在锰铁矿石表面，成本低，天然环保，回收方便，与H2O2产生强氧化性羟基自由基·OH，对废水中苯环结构木素类高分子有机物、色度和COD均有较强的降解效果，且不会产生大量的化学污泥。上述步骤1)中，聚乙烯醇的平均聚合度为1700～1800，聚乙烯醇的加入量与蒸馏水的质量比为1：5，单位：100g/L。上述步骤2)聚乙烯醇溶液：十二烷基苯磺酸钠溶液：硫酸亚铁溶液：碳酸钠溶液体积比为5:20:30:8。上述步骤3)中煅烧温度为520-580℃，煅烧时间2-4h，最为优选的，煅烧温度为550℃，煅烧时间3h。天然锰铁矿石为现有材料，可市场购得，本专利技术使用的天然锰铁矿石购自河南巩义某矿厂。本专利技术还提供一种铁锰复合氧化物催化剂的应用，所述的铁锰复合氧化物催化剂用于生化处理后的造纸废水深度降解。进一步优选的，铁锰复合氧化物催化剂的应用，具体应用方法如下：将铁锰复合氧化物催化剂和双氧水加入待处理废水中，待处理废水水质为：CODCr≤500mg/L，SS≤100mg/L，色度≤100；20-30℃条件下搅拌20-40min。本专利技术优选的，催化剂的投加量与废水的质量比约为1：(10-40)，所述的氧化剂为质量分数20-40％的双氧水，双氧水与废水的体积比为1：1000-1:3000。本专利技术以铁锰复合氧化物颗粒代替传统的亚铁盐为催化剂，以双氧水为氧化剂，对废水进行深度催化氧化处理，将双氧水催化分解生成羟基自由基(·OH)和超氧化物离子，将废水中的有机物、细菌、病毒等氧化成二氧化碳、水和无机小分子，可在较宽的pH(3-8)范围内使用，可高效、低成本、稳定的处理此类废水，出水可达GB18918—2002《污水综合排放标准》中的一级排放标准。本专利技术成本低，工艺流程简单，易实现工业化。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术的催化剂成本低，废水处理工艺流程及操作简单，便于实现工业化。2、本专利技术的催化剂适用pH范围广，不需预先调节废水pH值，简化处理工艺流程，降低药剂成本。3、本专利技术的催化剂由传统的硫酸亚铁变为铁锰复合氧化物颗粒，此催化剂通过煅烧可再次循环使用。化学污泥产量低，节约污泥处理成本，减少二次污染的产生。4、本专利技术的催化剂为颗粒状固体，易实现固液分离。与传统粉末状催化剂相比，易回收利用及再生。经此催化剂处理，出水水质符合GB18918—2002《污水综合排放标准》一级排放标准。附图说明图1为本专利技术实施例2制得的铁锰复合氧化物颗粒的的XRD图谱；图2为本专利技术的铁锰复合氧化物颗粒随pH变化对COD处理效果曲线图；图3为本专利技术的铁锰复合氧化物颗粒随pH变化对色度处理效果曲线图；图4为本专利技术的铁锰复合氧化物颗粒随pH变化对ss处理效果曲线图；具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但本专利技术所保护范围不限于此。实施例中的原料均为市购产品，均可市场购得。实施例1：铁锰复合氧化物催化剂的制备制备步骤：1)取100g聚乙烯醇加入10L蒸馏水，加热搅拌溶解，冷却至室温，制得聚乙烯醇溶液，2)将聚乙烯醇溶液与摩尔浓度0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液一起加入摩尔浓度1.2mol/L的硫酸亚铁溶液中，磁力搅拌2min，然后加入摩尔浓度2.5mol/L的碳酸钠溶液，制得混合溶液；聚乙烯醇溶液：十二烷基苯磺酸钠溶液：硫酸亚铁溶液：碳酸钠溶液体积比为5:20:30:8；3)取天然锰铁矿石加入步骤2)制得的混合溶液中，搅拌反应4h，每升混合溶液中加入天然锰铁矿石300g；反应结束后分离固体颗粒，将固体颗粒烘干，然后于450℃下煅烧3h，冷却，制得铁锰复合氧化物催化剂，记作材料a。实施例2：同实施例1所述的铁锰复合氧化物催化剂的制备方法，不同之处在于：步骤3)，将烘干后的固体颗粒于550℃下煅烧3h，制得铁锰复合氧化物催化剂，记作材料b。使用Cu-Kα射线对材料b进行XRD表征，得到的XRD图谱如图1所示，其在2θ为20.8°、26.6°、36.5°、36.5°、40°、50°、60°显示有SiO2特征峰；在2θ为23°、33°、38.3°、55.3°显示有α-Mn2O3特征峰；在2θ为24°、33.1°、35.6°、49.3°、54°显示有α-Fe2O3特征峰。经荧光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁锰复合氧化物催化剂，为颗粒状，使用Cu‑Kα射线对材料b进行XRD表征，其在2θ为20.8°、26.6°、36.5°、36.5°、40°、50°、60°显示有SiO2特征峰；在2θ为23°、33°、38.3°、55.3°显示有α‑Mn2O3特征峰；在2θ为24°、33.1°、35.6°、49.3°、54°显示有α‑Fe2O3特征峰。

【技术特征摘要】
1.一种铁锰复合氧化物催化剂，为颗粒状，使用Cu-Kα射线对材料铁锰复合氧化物催化剂进行XRD表征，其在2θ为20.8°、26.6°、36.5°、40°、50°、60°显示有SiO2特征峰；在2θ为23°、33°、38.3°、55.3°显示有α-Mn2O3特征峰；在2θ为24°、33.1°、35.6°、49.3°、54°显示有α-Fe2O3特征峰；所述的铁锰复合氧化物催化剂的制备方法，包括步骤如下：1)取聚乙烯醇加入蒸馏水，加热搅拌溶解，冷却至室温，制得聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的加入量与蒸馏水的比为100g：(8-12)L；2)将聚乙烯醇溶液与十二烷基苯磺酸钠溶液一起加入硫酸亚铁溶液中，磁力搅拌1-2min，然后加入碳酸钠溶液，制得混合溶液；所述十二烷基苯磺酸钠溶液的摩尔浓度为(0.1-0.3)mol/L，硫酸亚铁溶液的摩尔浓度为(1.1-1.5)mol/L，碳酸钠溶液的摩尔浓度为(2-3)mol/L；聚乙烯醇溶液：十二烷基苯磺酸钠溶液：硫酸亚铁溶液：碳酸钠溶液体积比为(3-7):(15-25):(20-40):(6-10)；3)取天然锰铁矿石加入步骤2)制得的混合溶液中，搅拌反应3-10h，每升混合溶液中加入天然锰铁矿石200-400g；反应结束后分离固体颗粒，将固体颗粒烘干，然后于500-600℃下煅烧2-4h，冷却，即得产...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奂，王波，苏秀秀，朱立刚，史瑞明，
申请(专利权)人：威水星空北京环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11