一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂、制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂、制备及应用，将泥岩粉碎为40～60目的颗粒，采用浸渍蒸干法将铁离子负载在泥岩颗粒的表面，即获得以泥岩为载体的类芬顿催化剂。本发明专利技术的类芬顿催化剂表面上大量存在的氧化铁能够有效的起到催化作用，达到修复土壤污染的效果，形成的催化剂比较稳定不会短时间内失效，同时泥岩主要为粘土矿物，不会对修复后土壤环境造成二次污染。而且泥岩一方面作为催化剂载体，另一方面由于泥岩具有吸附作用，对污染物具有一定的吸附作用，因此，本发明专利技术的催化剂对污染物治理具有双重效果。

【技术实现步骤摘要】
一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂、制备及应用
本专利技术属于类芬顿催化剂制备
，具体涉及一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂、制备及应用。
技术介绍
近年来，环境的保护与修复越来越受到国家的重视。土壤石油污染问题是土壤修复面临的一大挑战。芬顿氧化技术最早是由法国化学家H.J.HFenton发现的，是一种由Fe2+和双氧水反应产生羟基自由基的氧化体系，由于操作简单，对设备要求不高，且氧化剂绿色环保，被广泛应用于土壤中有机污染的降解方面。芬顿氧化技术主要包括均相芬顿氧化技术和非均相芬顿氧化技术。因为均相芬顿试剂，难以持久有效的降解有机污染物，同时对反应体系具有较高的要求，如pH必须在3左右才能充分发挥其作用。因此，环境科学者提出了非均相芬顿反应。非均相芬顿反应是以含铁固体催化剂代替反应液中的Fe2+，即类芬顿氧化技术。类芬顿氧化法修复土壤有机污染的过程中，催化剂对于反应有着至关重要的作用，催化剂的加入能够促使类芬顿反应过程中，H2O2分解形成具有强氧化性的羧基自由基，从而达到氧化污染物的效果。因此，催化剂的品质影响着类芬顿试剂对石油污染的修复效率、药剂的投加量、以及修复成本等。目前类芬顿催化剂主要有，各种含铁矿物如黄铁矿、针铁矿、赤铁矿、以及铁锰氧化物等以及用分子筛制备的类芬顿催化剂。但各种天然矿物作为催化剂催化效率较低，难以对污染物达到长效的降解，同时矿物的加入可能对土壤造成二次污染；而分子筛制备的催化剂虽然催化效率高但是成本过高。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂、制备及应用，解决现有的类芬顿催化剂存在对污染物降解效率低、反应周期短、成本高的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂，包括泥岩颗粒和负载在泥岩颗粒表面的氧化铁。优选的，所述的催化剂中氧化铁质量占催化剂质量的10％～20％；所述的泥岩颗粒为40～60目；所述的催化剂的比表面为30～40m2/g。本专利技术还公开了一种类芬顿催化剂的制备方法，包括：将泥岩粉碎为40～60目的颗粒，采用浸渍法将Fe2+负载在泥岩颗粒的表面。具体的，所述的制备方法包括以下步骤：步骤1，将泥岩粉碎为40～60目的颗粒；步骤2，将Fe2+盐溶液与泥岩颗粒混合，在80～95℃水浴中加热搅拌，然后清洗泥岩颗粒表面的铁离子，然后在100～120℃下烘干，得到表面负载有氧化铁的泥岩颗粒。具体的，Fe2+的摩尔数与泥岩颗粒的质量比例为1mol：334～556g。具体的，步骤3中的搅拌速度为180～250r/min，搅拌时间为4～6h。具体的，所述的Fe2+盐溶液为硫酸亚铁溶液、硝酸铁溶液或者氯化铁溶液。本专利技术还公开了所述的类芬顿催化剂用于催化非均相芬顿反应的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的类芬顿催化剂表面上大量存在的氧化铁能够有效的起到催化作用，达到修复土壤污染的效果，形成的催化剂比较稳定不会短时间内失效，同时泥岩主要为粘土矿物，不会对修复后土壤环境造成二次污染。而且泥岩一方面作为催化剂载体，另一方面由于泥岩具有吸附作用，对污染物具有一定的吸附作用，因此，本专利技术的催化剂对污染物治理具有双重效果。(2)本专利技术制备方法操作方面，制备催化剂成本较低。附图说明图1是实施例1的催化剂的形貌图。图2是实施例1的催化剂的能谱图。图3是实施例1的催化剂用于土壤中石油污染的重复4次的降解率图。图4是实施例2的催化剂用于土壤中石油污染的重复4次的降解率图。图5是实施例3的催化剂用于土壤中石油污染的重复4次的降解率图。图6是实施例4的催化剂用于土壤中石油污染的重复4次的降解率图。以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式泥岩是一种主要由泥巴和黏土固化形成的负载岩，是一种黏土岩。主要由黏土矿物组成，黏土矿物一般成链层状结构，或者层状结构，通过本专利技术方法将催化剂铁离子吸附在其表面形成新型的非均相芬顿催化剂。泥岩作为催化剂的载体，能够为芬顿反应提供一个良好的界面，泥岩中矿物成分具有吸附性能高、离子交换效益、以及比表面积大，将催化剂负载于泥岩颗粒表面，不仅提高了催化剂的分散性使催化剂具有大的表面积，而且还使催化剂具有高吸附容量和很好的化学稳定性。本专利技术中选择粘土矿物含量较多泥岩，其粘土矿物含量大于50％，主要为高岭石和伊利石。且本专利技术中的泥岩的比表面积大于20m2/g。本专利技术的下述实施例中采用的泥岩采集于陕西省铜川市。本专利技术中的“浸渍法”是指将泥岩固体颗粒浸泡在含有活性组分(硫酸亚铁等)的可溶性化合物溶液中，接触一定的时间后分离残液，活性组分就以离子或化合物的形式负载在固体颗粒上。本专利技术的类芬顿催化剂以泥岩为载体，在泥岩颗粒表面负载氧化铁(Fe2O3)，如图1和图2所示，图1扫描电镜背散射图可以看出表面白色颗粒为负载型氧化铁，图2为能谱图，Fe原子数与氧原子数接近2：3，因此推断出表面形成的为氧化铁。本专利技术制备的催化剂的比表面为30～40m2/g，催化剂中氧化铁的质量占催化剂质量的10％～20％；本专利技术的泥岩颗粒优选为40～60目，试验发现，颗粒过大催化剂的比表面积降低，从而降低了催化剂的催化效率，颗粒太小不利于催化剂的负载，因此选择40-60目的泥岩颗粒。本专利技术的类芬顿催化剂通过以下方法制备：步骤1，将泥岩粉碎为40～60目的颗粒；步骤2，将Fe2+盐溶于去离子水中得到Fe2+盐溶液，再加入泥岩颗粒；其中，Fe2+的摩尔数与泥岩颗粒的质量比例为1mol：334～556g；在80～95℃水浴中加热搅拌搅拌时间4～6h，其中，搅拌速度为180～250r/min；然后用蒸馏水冲洗多次直到泥岩颗粒表面的可溶性铁离子被冲洗干净为止，然后在100～120℃下烘干，得到表面负载有氧化铁的泥岩颗粒。本专利技术优选硫酸亚铁作为负载型催化剂提供催化剂Fe2+，也可以是其他可溶性铁离子，如硝酸铁、氯化铁等。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1步骤1，将泥岩粉碎为40～60目的颗粒；步骤2，取20gFeSO4·7H2O溶于纯净水中，再加入30g40-60目的泥岩颗粒，其中，FeSO4·7H2O摩尔数与泥岩颗粒的质量之比为1mol：417g。步骤3，将烧杯置于95℃水浴中，用机械搅拌器以240r/min的转速搅拌直至水分蒸发干为止，然后用蒸馏水冲洗多次直到泥岩颗粒表面的可溶性铁离子被冲洗干净为止，然后在105℃下烘干得到表面负载有氧化铁的泥岩颗粒，即类芬顿催化剂。该催化剂的形貌和能谱图如图1和图2所示，可以看出，泥岩颗粒表面负载有氧化铁，泥岩颗粒大小为40～60目。配制污染浓度为50g/kg的石油污染土壤，用本实施例的催化剂进行污染土壤的类芬顿降解试验，具体过程为：取石油污染土壤20g于三角瓶中，加入制备的催化剂2g，加入去离子水30mL，然后加入30％的双氧水4mL，反应12小时后，图3所示为该催化剂土壤中石油污染的降解率图，最高可达到95％以上。并且经过四次重复使用后，其降解率依然可达85％以上，说明本专利技术的催化剂比较稳定不会短时间内失效。实施例2本实施例与实施例1的区别在于：本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂，其特征在于，包括泥岩颗粒和负载在泥岩颗粒表面的氧化铁。

【技术特征摘要】
1.一种以泥岩为载体的类芬顿催化剂，其特征在于，包括泥岩颗粒和负载在泥岩颗粒表面的氧化铁。2.如权利要求1所述的以泥岩为载体的类芬顿催化剂，其特征在于，所述的催化剂中氧化铁质量占催化剂质量的10％～20％；所述的泥岩颗粒为40～60目；所述的催化剂的比表面为30～40m2/g。3.权利要求1或2所述的类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将泥岩粉碎为40～60目的颗粒，采用浸渍法将Fe2+负载在泥岩颗粒的表面。4.如权利要3所述的类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，将泥岩粉碎为40～60目的颗粒；步骤2，将Fe2+盐溶液与泥岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉虎，韩霁昌，葛磊，卢楠，魏样，张宝强，闫波，
申请(专利权)人：陕西省土地工程建设集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61