本发明专利技术公开了一种草黄铁矾催化剂的制备方法，并将该催化剂与生物电、过硫酸盐结合构建生物类电‑芬顿体系，用于处理有机废水。本发明专利技术以硫酸亚铁为前驱体，通过调节pH，主要利用空气的氧化作用得到草黄铁矾催化剂，其制备条件温和，方法简单，制备的草黄铁矾催化剂具有活性高、价格低廉，金属溶出低等优点。采用本发明专利技术以草黄铁矾为催化剂的生物类电‑芬顿体系处理废水中难降解有机污染物，处理效率高，能耗低，系统操作管理方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种草黄铁矾催化剂的制备方法，及草黄铁矾催化剂结合生物类电-芬顿体系在处理有机废水中的应用，属于污水处理领域。
技术介绍
在我国，印染废水排放量大，有机污染物含量高，种类复杂。由于废水中的有机污染物化学结构稳定、毒性大，因此，传统的物化法、化学法和生物法及其相关组合方法，均难以达到令人满意的处理效果。高级氧化技术通过产生高活性的自由基，攻击有机污染物，从而实现对难降解有机污染物的分解。基于硫酸根自由基的类电-芬顿技术属于高级氧化技术的一种，对污染物的处理效果好，并具有一定的选择性，成为近年来发展起来的一种有毒有机污染物氧化降解的新技术。在该技术中，催化剂无疑是影响处理效率的关键因素，根据催化剂的形态划分，其主要有均相和非均相催化剂两种，非均相催化剂因便于分离，且可以重复利用，从而降低污水处理成本，因而应用更为广泛。类电-芬顿技术的主要不足在于需提供外加电源，这无疑加大了该技术处理废水的能耗。微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作催化剂产生电能，将生物质能转化为电能的新方法，其将底物直接转化为电能，在理论上避免了中间过程对能量的消耗，具有很高的转化率，与其他燃料相比，在电力设备、航空、移动装置、环保等众多领域均存在很大的优势和很好的发展前景。利用MFC提供类电-芬顿过程所需的电能，可构建一种新型的生物类电-芬顿体系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种活性高、价格低廉、金属溶出低的催化剂的制备方法，构建生物类电-芬顿体系，并应用于有机废水的处理。本专利技术提供的技术方案具体如下：一种草黄铁矾催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)首先用去离子水将FeSO4·7H2O溶解，其中，FeSO4·7H2O与去离子水的用量比为1g:12mL；然后用碱溶液将pH调节至9-10；(2)静置陈化16-24h，倾去上清液；(3)加入与步骤(1)质量相等的FeSO4·7H2O，并加入与步骤(2)弃去的上清液等体积的去离子水，然后用硫酸溶液调节pH至4-5；(4)将步骤(3)得到的溶液置于40-42℃的恒温水浴中，同时通入空气并滴加H2O2水溶液，滴加至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，抽滤出固体，然后在60-100℃下烘干，即得到草黄铁矾催化剂。所述的H2O2水溶液中H2O2的体积百分比浓度为10％。步骤(4)中滴加H2O2水溶液的时间为2-3h。一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，包括以下步骤：室温下，将有机废水置于非均相活化反应器中，加入过一硫酸盐、电解质和上述方法制备出的草黄铁矾催化剂，然后调节pH为3-9，以单室微生物燃料电池取代传统直流电源进行供电，通电后在室温下反应，电流密度为25-100mA/m2。所述的过一硫酸盐的浓度为2.5-7.5mM。所述草黄铁矾催化剂的浓度为0.25-0.75g/L。所述的电解质为硫酸钠，其浓度为50mM。本专利技术和现有技术相比具有的有益效果：(Journal of Hazardous Materials 177(2010)487-494.)1、本专利技术的催化剂以硫酸亚铁为前驱体，通过调节pH，主要利用空气的氧化作用得到草黄铁矾催化剂，其制备条件温和，方法简单，制得的催化剂活性高，成本低廉，金属溶出低，金属溶出率在0.9％以下，溶出浓度在1.6mg/L以下。2、本专利技术的生物类电-芬顿体系，以生物电代替传统电源驱动类电-芬顿反应，进一步降低了整个体系的电耗。采用本专利技术催化剂构成的生物类电-芬顿体系处理偶氮染料AO7的模拟废水，处理效果好，系统能耗低，流程简单，操作简便，具有很好的实际应用前景。附图说明图1为催化剂的X射线衍射谱图。图2为催化剂的傅里叶红外光谱图。图3为不同体系对AO7的处理效果对比图。具体实施方式下面结合实施例来进一步说明本专利技术，其中部分条件仅作为典型情况的说明，并非对本专利技术的限制。实施例1：草黄铁矾催化剂的制备与表征(1)草黄铁矾催化剂的制备方法主要包括以下步骤：①用600mL去离子水50.0g FeSO4·7H2O溶解，用NaOH溶液将pH调节至9-10；②静置陈化16-24h，倾去上清液；③再加入FeSO4·7H2O 50.0g，加入与弃去的上清液等体积的去离子水，用H2SO4溶液调节pH至4-5；④将步骤③得到的溶液置于40-42℃的恒温水浴中，通入空气，同时滴加20-30mL体积百分比浓度为10％的H2O2水溶液，至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，反应时间为2-3小时，抽滤后于60-100℃下烘干，制得草黄铁矾催化剂。(2)本专利技术制备的催化剂的表征采用X射线衍射和傅里叶红外等表征手段对制备的催化剂进行鉴定，结果如下：(i)通过本催化剂的X射线衍射谱图(图1)可以看出，检测到的衍射峰均很尖锐，且衍射线强，表明晶体结晶完整。样品与草黄铁矾标准PDF卡片(#31-0650)在晶面(003)、(012)、(104)、(021)、(113)、(006)、(024)、(107)、(303)和(220)处的主要衍射峰一致，且未检测到其他的晶相结构，表明合成的催化剂为纯度较高的草黄铁矾；(ii)在本催化剂的傅里叶红外光谱图(图2)中，3360cm-1对应O-H伸缩振动，1635cm-1对应HOH的变形振动，1187和1087cm-1对应SO42-的v3振动，1009cm-1对应OH的变形振动，628cm-1对应SO42-的v4振动，513和677cm-1对应FeO6配合八面体的振动，表明催化剂中含有HOH、SO42-和Fe-O组分，进一步证明制得的催化剂与草黄铁矾的化学组成[(H3O)Fe3(SO4)2(OH)6]一致。将一定量的过一硫酸盐、电解质和草黄铁矾催化剂一同投入有机废水中，接通单室微生物燃料电池，同时实施搅拌，即构成生物类电-芬顿体系。单室微生物燃料电池由一个圆柱形的有机玻璃极室构成，有效容积为250mL，阳极为碳毡(5×4×1cm)，阴极为石墨板(5×5×1cm)，并以质子交换膜PEM(Nafion 117)分隔阳阴极。以下实施例对生物类电-芬顿体系在有机废水处理应用中影响处理效果的几个因素进行详细讨论：实施例2：不同体系对酸性橙7(以AO7表示)模拟废水的处理效果体系I：AO7初始浓度为16mg/L，废水体积为250mL，电解质Na2SO4浓度为50mM，生物电(图中以MFC表示)提供的电流密度j为50mA/m2，反应温度为30±1℃。体系II：AO7初始浓度为16mg/L，废水体积为250mL，过一硫酸盐(以PMS表示)投加量为5mM，电解质Na2SO4浓度为50mM，反应温度为30±1℃。体系III：AO7初始浓度为16mg/L，废水体积为250mL，草黄铁矾催化剂(以Cat表示)用量为0.5g/L，电解质Na2SO4浓度为50mM，反应温度为30±1℃。体系IV：AO7初始浓度为16mg/L，废水体积为250mL，过一硫酸盐(以PMS表示)投加量为5mM，电解质Na2SO4浓度为50mM，生物电(图中以MFC表示)提供的电流密度j为50mA/m2，反应温度为30±1℃。体系V：AO7初始浓度为16mg/L，废水体积为250mL，草黄铁矾催化剂(以Cat表示)用量为0.5g/L，电解质Na2SO4浓度为5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先用去离子水将FeSO4·7H2O溶解，其中，FeSO4·7H2O与去离子水的用量比为1g:12mL；然后用碱溶液将pH调节至9‑10；(2)静置陈化16‑24h，倾去上清液；(3)加入与步骤(1)质量相等的FeSO4·7H2O，并加入与步骤(2)弃去的上清液等体积的去离子水，然后用硫酸溶液调节pH至4‑5；(4)将步骤(3)得到的溶液置于40‑42℃的恒温水浴中，同时通入空气并滴加H2O2水溶液，滴加至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，抽滤出固体，然后在60‑100℃下烘干，即得到草黄铁矾催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先用去离子水将FeSO4·7H2O溶解，其中，FeSO4·7H2O与去离子水的用量比为1g:12mL；然后用碱溶液将pH调节至9-10；(2)静置陈化16-24h，倾去上清液；(3)加入与步骤(1)质量相等的FeSO4·7H2O，并加入与步骤(2)弃去的上清液等体积的去离子水，然后用硫酸溶液调节pH至4-5；(4)将步骤(3)得到的溶液置于40-42℃的恒温水浴中，同时通入空气并滴加H2O2水溶液，滴加至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，抽滤出固体，然后在60-100℃下烘干，即得到草黄铁矾催化剂。2.根据权利要求1所述的一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于：所述的H2O2水溶液中H2O2的体积百分比浓度为10％。3.根据权利要求2所述的一种草黄铁矾催化剂的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，严素定，耿金瑶，国锐，张道斌，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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