本发明专利技术提供了一种保持Fenton体系长效催化活性的铁碳微电解材料的制备方法及应用。该催化剂源自于铁金属有机框架(Fe‑MOFs)和蒙脱石。机械化学法制备的Fe‑MOFs与蒙脱石混合后，高温碳化形成分散在蒙脱石片层结构之间的核壳式铁碳填料微电解材料(Fe@C‑MMT)。在水样中高分散Fe@C‑MMT材料可以延缓双氧水的无效分解，并选择性地生成羟基自由基，使得体系中的双氧水具有长效的氧化能力。该催化剂具有一定的pH调节能力，当初始pH＝3‑6.5时有机污染物都可以高效降解。该催化剂稳定性好，可多次重复利用，非常适合用高级氧化技术Fenton反应去除环境水样中苯酚和甲基橙等难降解有机污染物。
Preparation and Application of Iron-Carbon Microelectrolytic Materials with Long-term Catalytic Activity of Fenton System
【技术实现步骤摘要】
保持Fenton体系长效催化活性的铁碳微电解材料的制备及应用
本专利技术属于高毒污染物处理
，涉及一种保持Fenton体系长效催化活性的高分散性核壳式铁碳微电解纳米材料的制备及其作为非均相Fenton催化剂降解污染物的应用。
技术介绍
中国正处在经济快速增长期，工业的迅速发展是经济快速增长的保证，但同时在工业生产中也排出大量的废水。工业废水具有污染物种类多、成分复杂、COD浓度高、可生化性差、毒害性大等特点。如果不对其进行有效地综合治理，必将造成严重的环境污染与生态破坏，危害人们身体健康，阻碍经济的进一步可持续发展。铁碳微电解法，又称为内电解法，是近30年来被泛应用于染料、印染、电镀废水、含油废水、农药废水、造纸废水、制药废水、化工废水、垃圾渗沥液等处理的一种新兴的电化学方法，具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点，尤其对于高盐度，高COD以及色度较高的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。难生物降解的废水经铁碳微电解工艺处理后BOD/COD比大大提高，有利于后续生物处理效果的提高。微电解技术是是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对废水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。反应中，从而在阳极释放Fe2+，阴极产生活性[H]、和O·等，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用。为了提高铁碳微电解材料对废水中高浓度大分子难降解污染物的处理能力，人们向废水中投加适量的H2O2溶液，与废水中的Fe2+组成Fenton试剂，Fe2+可以催化H2O2分解产生羟基自由基。羟基自由基具有极强的氧化能力，特别适用于难降解有机废水的治理。微电解体系中，不断释放的Fe2+可促进H2O2的快速分解，短时间内生成大量的羟基自由基。而这些自由基除了被有机污染物捕获外，还可能被Fe2+、H2O2、超氧自由基等消耗，从而造成双氧水和羟基自由基的利用率低下，增加了水处理的成本。目前商品化的铁碳微电解材料的制备分为三种形式，包括铁屑或铁刨花材料和活性炭的物理混合、铁粉、碳粉和粘合剂(如粘土)的高温烧结和极细且占比重较大的铁粉和碳粉的无氧烧结。第一种填料存在着铁屑结块、堵塞、填料更换困难以及对废水中污染物的降解转化效率较低等问题。高温烧结的填料中铁和碳结合较为紧密，填料板结堵塞现象也受到一定的抑制，吸附和降解污染物的能力得到提升。但是，由于微电解运行的最佳pH小于4，在较酸性溶液中，暴露在填料边缘的铁很容易被水中的溶解氧氧化，加重了铁的腐蚀和流失，使水样中铁离子含量增加。虽然这些铁离子可以作为共凝剂，通过絮凝沉淀去除有机污染物，但是这些沉淀及废水中的颗粒物会附着在填料(尤其是零价铁)表面，形成钝化膜，阻隔了填料与废水的有效接触，造成填料活性下降，大大缩短了铁碳填料的使用寿命。所以，现在商品化的铁碳填料大部分使用半年至一年后就要进行更换或再生处理，增加了企业的运行成本。因此，理想的微电解材料应该不但具有比表面积大、活性强、电流密度大等特点，还应该可以避免运行过程零价铁的团聚、防止溶解氧的腐蚀以及氢氧化物和水样中颗粒物等的污染，而且还能提高双氧水利用率。这种高效的新型铁碳微电解材料对于高效处理工业废水具有重要意义，将其用于水环境样品中难降解有毒污染物苯酚和甲基橙的去除有广阔的应用前景。相关文献可参考：[1]X.Yang,Interiormicroelectrolysisoxidationofpolyesterwastewateranditstreatmenttechnology.J.Hazard.Mater.2009,169,480-485.[2]F.Ju,Y.Y.Hu,RemovalofEDTA-chelatedcopperfromaqueoussolutionbyinteriormicroelectrolysis.Sep.Purif.Technol.2011,78,33-41.[3]L.M.Wu,L.B.Liao,G.C.Lv,F.X.Qin,Y.J.He,X.Y.Wang,Micro-electrolysisofCr(VI)inthenanoscalezero-valentironloadedactivatedcarbon.J.Hazard.Mater.2013,254-255,277-283.[4]B.Lai,Y.X.Zhou,P.Yang,J.H.Yang,J.L.Wang,Degradationof3,3’-iminobis-propanenitrileinaqueoussolutionbyFe0/GACmicro-electrolysissystem.Chemosphere2013,90,1470-1477.[5]Y.H.Han,H.Li,M.L.Liu,Y.M.Sang,C.Z.Liang,J.Q.Chen,Purificationtreatmentofdyeswastewaterwithanovelmicro-electrolysisreactor.Sep.Purif.Technol.2016,170,241-247.[6]Z.M.Yang,Y.P.Ma,Y.Liu,Q.S.Li,Z.Y.Zhou,Z.Q.Ren,Degradationoforganicpollutantsinnear-neutralpHsolutionbyFe-Cmicro-electrolysissystem.Chem.Eng.J.2017,315,403-414.[7]Y.Z.Liu,C.Wang,Z.Y.Sui,D.L.Zou,Degradationofchlortetracyclineusingnanomicro-electrolysismaterialswithloadingcopper.Sep.Purif.Technol.2018,203,29-35.[8]X.Y.Zhu,X.J.Chen,Z.M.Yang,Y.Liu,Z.Y.Zhou,Z.Q.Ren,Investigatingtheinfluencesofelectrodematerialpropertyondegradationbehavioroforganicwastewatersbyiron-carbonmicro-electrolysis.Chem.Eng.J.2018,338,46-54.[9]L.M.Ren,J.Dong,Z.F.Chi,H.Z.Huang,Reducedgrapheneoxide-nanozerovalueiron(rGO-nZVI)micro-elecytrolysisacceleratingCr(VI)removalinaquifer.J.Environ.Sci.2018,73,96-06.[10]C.Huang,F.Peng,H.J.Guo,C.Wang,M.T.Luo,C.Zhao,L.Xiong,X.F.Chen,X.D.Chen,EfficientCODdegradationofturpentineprocessingwastewaterbycombinationofFe-Cmicro-electrolysisandFentontreatm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高分散核壳式复合Fe‑C微电解材料，该材料由石墨化碳外壳(C)、零价铁(Fe
【技术特征摘要】
1.一种高分散核壳式复合Fe-C微电解材料，该材料由石墨化碳外壳(C)、零价铁(Fe0)和碳化铁(Fe3C)内核以及载体蒙脱石矿物组成，这些零价铁/纳米钯内核直径在10-50nm之间，碳外壳直径为3-5nm，核壳式Fe-C均匀分散在蒙脱石的层状结构之间及外表面。2.权利要求1所述的高分散核壳式复合Fe-C微电解材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取一定比例的无机铁盐和苯羧酸配体加入到氧化锆研磨罐中；(2)在步骤(1)所得到混合固体中加入一定量的四甲基氢氧化铵溶液，在300转/分钟的速度下研磨，得到Fe-MOFs材料；(3)将步骤(2)所制备的材料与一定比例的粘土矿物在氮气保护下于700-1000℃高温加热，得到高分散核壳式Fe-C微电解复合材料催化剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)所述无机铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)所述苯羧酸配体选自...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡亚岐，牛红云，何东伟，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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