微波活化煤基炭耦合Fe制造技术

技术编号:15367096 阅读:142 留言:0更新日期:2017-05-18 10:40
本发明专利技术涉及一种微波活化煤基炭耦合Fe

Microwave activated carbon based coupling of coal Fe

The invention relates to a microwave activated coal based carbon coupling Fe

【技术实现步骤摘要】
微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法
本专利技术属于仿酶催化剂
具体涉及一种微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂及其制备方法。
技术介绍
有机废水是一类广泛存在的以多/杂环芳烃为主的水污染物,如印染、焦化废水等,由于排放量大、色度深、成分复杂、毒性大以及难生化降解,已成为重点环境污染源之一。目前最常用的处理方法有生物法、物理法和化学法。常规的生物法虽处理成本低,但处理过程缓慢、占地面积大且不能保证出水的达标排放;物理法中的吸附技术是去除污染物最为简单和高效的方法之一,但吸附材料吸附后难脱附、重复利用率低且分离困难;化学法中的传统的均相Fenton氧化法虽然操作简单、反应速率快,但存在Fenton试剂消耗较大、铁离子易流失而造成水中色度的增加、生成大量铁泥且催化剂不能回收利用和运行成本高等问题。非均相Fenton体系是采用将铁氧体或者铁离子固定到载体上的物质为催化剂,作为铁氧体的一种,Fe3O4既具有超顺磁性、结构稳定以及易磁分离等特点,同时具有天然的过辣根过氧化物酶催化活性,可以催化H2O2分解产生具有高氧化活性的·OH,用于处理有机污染物。然而高表面能和磁性作用使纳米Fe3O4极易发生团聚,减少活性表面,导致催化活性的损失。需要寻求廉价易得的载体既能抑制Fe3O4团聚现象,也能提高催化剂活性。目前铁氧体常用载体为碳纳米管、膨润土和活性炭等。其中碳纳米管价格昂贵,工业应用受到限制;“一种采用仿酶型磁性催化剂再生处理有机废水的方法”(CN104761081B)专利技术,采用膨润土作为载体,虽然成本低廉,但膨润土与有机污染物的亲和性差,制得催化剂的活性低、降解速率慢。传统活性炭制备方法为采用KOH高温活化,可制得高比表面积的活性炭,如“KOH活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用”(CN102153162B)专利技术,采用KOH高温活化制得高比表面积的活性炭,但该方法存在活化时间长、能耗高及产率低等问题,同时没有解决高温单质钾逸出带来的安全问题且没有回收KOH再利用。“一种超级活性炭的制备方法”(CN101993071B)专利技术,虽然解决高温单质钾逸出带来的安全问题及回收KOH再利用,但高压条件下进行活化对设备要求高。微波辐射法作为一种新型加热方式,采用微波制备活性炭升温速率快、能耗低、活化时间短且比表面积大,拥有巨大应用前景,如“一种提高焦炭吸附性的方法”(CN101816919B)专利技术,以CO2为活化剂在微波条件下活化,制得活性炭的孔隙率大幅提高,但以微孔为主,不利于吸附有机污染物,且活化温度高、时间长、高压、工艺复杂和设备要求高。“一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法”(CN103896269B)专利技术,以KOH为活化剂在微波条件下活化,制得高比表面积活性炭,但以无烟煤为原料进行活化,存在炭化过程,使得活化时间较长、活化剂用量大且未能回收KOH,导致资源浪费和二次污染。这些结果得到的活性炭比表面积过高,更多的用于吸附处理废水中有机物,而不适合作为催化剂的载体。
技术实现思路
本专利技术旨在克服已有技术缺陷,目的是提供一种工艺简单、操作性强、成本低和产率高的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂的制备方法,用该方法制备的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂处理有机废水时间短、高效、易磁分离、使用寿命长且环境友好。为了达到上述目的,本专利技术所采用的技术方案的具体步骤是:步骤一、将煤基炭破碎,干燥,筛分,即得粒径为0.037~0.147mm的煤基炭;再按KOH∶所述煤基炭的质量比为(1~2)∶1配料,混合均匀,即得混合料。步骤二、将所述混合料加入到石英反应器中,再将所述石英反应器安装在微波发生装置中,通氮气10~15min;然后开启所述微波发生装置,以150~200℃/min的升温速率升温至500~700℃,活化4~12min,得到活化煤基炭I。步骤三、将所述活化煤基炭I冷却至60~90℃,再通入水蒸气,通入水蒸气的流量为0.8~1.2L/min,通入水蒸气的时间为10~15min,得到活化煤基炭II。步骤四、按所述活化煤基炭II∶除氧去离子水的质量比为1∶(50~100),将所述活化煤基炭II与除氧去离子水混合均匀,在60~100r/min的条件下搅拌10~20min,静置5~10min,得到上层KOH溶液和下层沉淀物。将所述下层沉淀物用0.1mol/L盐酸洗涤2~3次,再用除氧去离子水洗涤至pH值为6~7,然后置于105℃干燥箱中干燥4~6h,得到改性煤基炭。步骤五、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去离子水的质量比为(3~7)∶1∶(50~100),将FeSO4·7H2O、所述改性煤基炭和除氧去离子水混合均匀;再置于反应釜中,在氮气气氛和90~95℃的条件下,以500~1000r/min的转速搅拌20~30min,得到悬浮液。步骤六、按NaNO3∶NaOH∶除氧去离子水的质量比为(0.6~1)∶1∶(50~100),将NaNO3、NaOH和除氧去离子水混合均匀,得到混合液。然后在500~1000r/min的搅拌条件下,按所述混合液∶所述悬浮液的质量比为1∶(1~1.1),将所述混合液以0.01L/min流量滴入所述悬浮液中,持续搅拌30~60min,再于磁场中静置5~10min。取下层磁性沉淀物,将所述下层磁性沉淀物用除氧去离子水和无水乙醇交替洗涤至pH值为6~7,最后在80~85℃条件下于真空干燥箱中干燥4~6h,制得微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂。所述煤基炭为块焦、粉焦、半焦和煤矸石中的一种。所述微波发生装置的功率为200~600W。所述磁场的磁场强度为0.1~0.3T。所述真空干燥箱的真空度为600~800Pa。由于采用上述技术方案,本专利技术具有以下优点:1、本专利技术所用的煤基炭固定碳含量高、强度高和灰分低,是一种价廉易得的催化剂载体材料,故制备成本低。2、本专利技术采用微波在500~700℃条件下活化,既保证熔融状态的KOH与煤基炭充分接触,避免产生钾蒸汽,还可回收KOH循环利用。该方法升温速率快、能耗低、活化时间短、活化剂用量少和操作简便安全,成本低且易实现工业化。3、本专利技术所制备的中间产物改性煤基炭的比表面积为142~416m2/g,产率为70.28~82.36%,其比表面积适中,产率高。4、本专利技术所制备的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂中Fe3O4分散负载于改性煤基炭上,没有明显的团聚现象。微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂含有改性煤基炭和Fe3O4晶体。微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂中改性煤基炭含氧官能团丰富,与有机污染物的亲和性好。5、本专利技术所制备的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂的产率为94.45~98.96%,饱和磁化强度为48.74~86.41emu/g,易于磁分离,解决了催化剂分离难题。6、本专利技术所制备的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂对有机废水处理时间短、效果显著和使用寿命长:多/杂环芳烃降解的去除率为95.46~99.03%,COD降至18~51mg/L;处理后的水质能达到工业用水再生水标准(COD≤60mg/L)。因此,本专利技术具有工艺简单、操作性强、成本低和产率高的特点,所制本文档来自技高网
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微波活化煤基炭耦合Fe

【技术保护点】
一种微波活化煤基炭耦合Fe

【技术特征摘要】
1.一种微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化剂的制备方法,其特征在于所述制备方法的具体步骤是:步骤一、将煤基炭破碎,干燥,筛分,即得粒径为0.037~0.147mm的煤基炭;再按KOH∶所述煤基炭的质量比为(1~2)∶1配料,混合均匀,即得混合料;步骤二、将所述混合料加入到石英反应器中,再将所述石英反应器安装在微波发生装置中,通氮气10~15min;然后开启所述微波发生装置,以150~200℃/min的升温速率升温至500~700℃,活化4~12min,得到活化煤基炭I;步骤三、将所述活化煤基炭I冷却至60~90℃,再通入水蒸气,通入水蒸气的流量为0.8~1.2L/min,通入水蒸气的时间为10~15min,得到活化煤基炭II;步骤四、按所述活化煤基炭II∶除氧去离子水的质量比为1∶(50~100),将所述活化煤基炭II与除氧去离子水混合均匀,在60~100r/min的条件下搅拌10~20min,静置5~10min,得到上层KOH溶液和下层沉淀物;将所述下层沉淀物用0.1mol/L盐酸洗涤2~3次,再用除氧去离子水洗涤至pH值为6~7,然后置于105℃干燥箱中干燥4~6h,得到改性煤基炭;步骤五、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去离子水的质量比为(3~7)∶1∶(50~100),将FeSO4·7H2O、所述改性煤基炭和除氧去离子水混合均匀;再置于反应釜中,在氮气气氛和90~95℃的条件下,以500~1000r/min的转速搅拌20~30min,得到...

【专利技术属性】
技术研发人员:李文兵王光华魏晓币万栋邓萌黄慧卢露露邵秋桐王晴东余莹何峻
申请(专利权)人:武汉科技大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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