一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法以及由此得到的微孔铁碳复合催化剂及其应用技术

本发明专利技术涉及一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法，其包括将铁粉和碳粉以75‑80:20‑25的质量比进行混合，形成混合料；在混合料中加入辅料并造型，形成半成品；将半成品先置于真空干燥箱中于100‑105℃干燥，然后在无氧气氛下马弗炉中加热至600‑1100℃焙烧，使得铁碳元素充分合金化，且辅料挥发形成具有空隙的微孔铁碳复合催化剂。本发明专利技术还涉及由此得到的微孔铁碳复合催化剂，其铁碳元素充分合金化，形成均一成分的复合物。本发明专利技术又涉及该微孔铁碳复合催化剂的应用，其兼具催化臭氧和双氧水功能。根据本发明专利技术的复合催化剂不仅反应效率高、堆积比重轻、产品强度好，而且产品运行稳定且针对性强。

Preparation of microporous Fe-C composite catalyst and its application

The invention relates to a preparation method of microporous iron carbon composite catalyst, which comprises mixing iron powder and carbon powder at a mass ratio of 75 \u2011 80:20 \u2011 25 to form a mixture, adding auxiliary materials to the mixture and molding to form a semi-finished product, first placing the semi-finished product in a vacuum drying oven to dry at 100 \u2011 105 \u2103, and then heating it to 600 \u2011 1100 \u2103 in a muffle furnace in an oxygen-free atmosphere to bake it The Fe-C element is fully alloyed, and the excipients volatilize to form microporous Fe-C composite catalyst with voids. The invention also relates to the microporous iron carbon composite catalyst, wherein the iron carbon element is fully alloyed to form a composite with uniform composition. The invention also relates to the application of the microporous iron carbon composite catalyst, which has the functions of catalyzing ozone and hydrogen peroxide. The composite catalyst according to the invention not only has high reaction efficiency, light stacking specific gravity, good product strength, but also has stable operation and strong pertinence.

【技术实现步骤摘要】
一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法以及由此得到的微孔铁碳复合催化剂及其应用
本专利技术涉及催化剂，更具体地涉及一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法以及由此得到的微孔铁碳复合催化剂及其应用。
技术介绍
现在对废水处理的深度和要求更加严格。常规的生物化学方法难以达到相应的处理深度。为此，高级氧化技术被用作传统生物氧化和化学氧化的升级版本，其借由催化剂或光来激发普通氧化剂如臭氧、双氧水来产生羟基自由基(·OH)降解污染物。由于羟基自由基的活性和氧化还原电位均高于原氧化剂，故而具有反应更加迅速，处理深度更高的特点，在废水深度处理和有毒废水预处理上逐渐得到广泛的使用。常用的高级氧化技术有光催化高级氧化技术，Fenton高级氧化，臭氧催化高级氧化等，每种技术都有一定的最佳适用条件和适用范围。例如光催化高级氧化法，对水质要求高，而且处理水量有限，成本高，也限制了其使用。例如Fenton高级氧化法，适合处理高浓度废水，具体通过二价铁离子活化双氧水产生羟基自由基，来降解有机物，其所用二价铁离子为可溶性盐如硫酸亚铁提供，使用中以二价铁离子存在，其完全溶解于水，反应后大部分会被氧化成三价铁离子，也完全溶于水中，使得无法从水中分离出来重复使用，经反应后的铁离子在pH值调整后会生成沉淀沉降下来变为铁泥，增加了后续处置的成本，Fenton高级氧化反应在酸性条件下，反应完全后需调整为中性，其间会使用大量酸碱。臭氧作为一种氧化性很强的氧化剂，常用作废水处理上的有机物氧化。然而当单独使用臭氧时，对有机物的矿化和毒性的去除效果并不是很理想。臭氧催化高级氧化通过在反应体系中引入催化剂或光热等来提高臭氧的利用率，比如投加催化剂(一般指非均相催化剂，即反应体系和催化剂不相溶，易于将催化剂从反应体系中分离出来)，紫外线照射等方法。也就是说，臭氧催化氧化技术，是一种利用臭氧分子直接或催化间接产生羟基自由基，用于降解有机污染物分子的技术。已经在多个不同规模的废水处理工程上进行了应用，并取得了一定的效果，但经过一段时间的运行检验发现，现有臭氧催化氧化技术的催化效率在使用一段时间后，都存在不能程度的衰减。因为臭氧催化氧化技术对污染物降解的能力以及运行成本的高低，是由臭氧的催化利用效率决定的，而催化效果的好坏，取决于所采用的催化剂的效能，不同催化剂尽管效率差异不大，但其使用寿命和催化效率、成本不能兼顾。现有臭氧催化氧化技术的常用的催化剂，普遍是以金属氧化物(如陶瓷，氧化铝，氧化钛，二氧化锰等)，活性炭等作为载体，在其表面或孔道中浸渍涂敷活性层(活性成分一般为过渡金属或贵金属，如Cu，Mn，Co，Pd等)制备而成。此类催化剂的制备工艺为：首先选用相应的工业原料如陶瓷矿物，制得催化剂载体。然后将催化剂载体在一定温度下，浸泡到一定配比的锰Mn、铁Fe、铜Cu、钴Co等的溶液中一段时间，然后过滤烘干。将烘干后的半成品，在高温条件下进行焙烧，得到相应的负载型臭氧催化剂。如市面常见的催化剂：(1)如氧化铝(陶瓷或分子筛也具有类似的孔道骨架结构，具有较大的比表面积)为载体，Cu、Mn、Co等过渡金属作为活性组分浸渍涂敷到氧化铝表面，在催化臭氧中，仅表面一层活性成分起到一定的催化作用，且活性成分占比有限，在使用中也容易因催化剂相互之间的碰撞摩擦，水力，气流冲刷而剥落脱离，严重影响催化效果。(2)如使用活性炭作为载体，Fe、Cu、Mn等负载其上的催化剂，虽然活性炭作为载体较分子筛、陶瓷或氧化铝便宜，同样地，也具有上述表面活性层有限的缺点，除此之外还具有如下缺点：因活性炭作为有机物，和金属结合不够紧密，制备中存在表面涂敷困难且涂敷数量有限的缺点，而且因活性炭强度较差，容易破碎而使得催化剂易流失，使之使用寿命较短。而且活性炭在储存使用过程中，会存在积热自然甚至爆炸的风险。总之，陶瓷或氧化铝或分子筛为载体，Cu、Mn、Co等过渡金属作为活性组分浸渍涂敷到氧化铝表面，形成了载体表面涂敷的只有亚微米级厚度的活性层。因为它的这种表面构造，仅表面一层活性成分起到一定的催化作用，活性成分占比有限，使得在水处理使用过程中，极易因水流，气流的冲刷，催化剂颗粒之间的不断的碰撞摩擦，导致催化剂表面活性层厚度逐渐磨损减少甚至剥离脱落，表现为随着使用时间的增加，催化活性很快降低甚至失去催化活性。所以，基于这种催化剂的臭氧催化氧化水处理工艺，在运转过程中，使用寿命较短，需要经常补充新鲜的催化剂，这就导致了运行成本的大幅增加。综上而言，上述现有的催化臭氧的催化剂普遍制作复杂，价格高昂，且活性组分含量有限，仅存在于载体表面的一个非常薄的活性层，容易受到冲刷、污染而导致性能衰减甚至失活。而且活性成分在浸渍及涂敷过程中将原微孔结构堵塞，大大降低了比表面积，活性成分仅在载体外表面的部分起到催化作用，实际反应效率大幅降低。
技术实现思路
为了解决现有技术中的催化臭氧的催化剂的催化效率随着时间而衰减的问题，本专利技术提供一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法以及由此得到的微孔铁碳复合催化剂及其应用。本专利技术提供一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法，其包括如下步骤：S1，将铁粉和碳粉以75-80:20-25的质量比进行混合，形成混合料；S2，在混合料中加入辅料并造型，形成半成品；S3，将半成品先置于真空干燥箱中于100-105℃干燥，然后在无氧气氛下马弗炉中加热至600-1100℃焙烧，使得铁碳元素充分合金化，且辅料挥发形成具有空隙的微孔铁碳复合催化剂。根据本专利技术的微孔铁碳复合催化剂的制备方法，完全不同于已知的臭氧催化剂的制备方法，摒弃了当前的先提供载体再溶液浸渍涂敷来提供活性层的多步法制作流程，而是将载体(也被称为本体)和活性层(也被称为催化层)二合一，一步完成催化剂的制备，无需浸渍涂覆的步骤，大大节省了操作步骤和操作成本，而且，不需要使用重金属溶液，避免了当前的臭氧催化剂的制备需要使用重金属溶液而造成二次污染的问题。特别地，本专利技术提供的微孔铁碳复合催化剂的制备方法，通过焙烧合金化而复合形成具有始终如一的均一催化特性的微孔铁碳复合催化剂，其强度高，储存安全，不易流失，因此在使用寿命周期内，催化活性不随着使用时间出现催化性能衰减的情况。进一步地，根据本专利技术的微孔铁碳复合催化剂的制备方法，流程简单，可以根据要求利用不同的反应器来制备不同形式的催化剂，如球形、颗粒形、柱形、蜂窝形、海绵形等，达到优化反应的目的。优选地，所述步骤S1中还包括添加过渡金属单质和/或其氧化物，形成混合料。在优选的实施例中，该过渡金属为Cu、Mn、Ni、和/或Ti。在优选的实施例中，过渡金属单质和/或其氧化物的质量占混合料的总质量＜0.5％。优选地，所述步骤S1中的铁粉和碳粉的直径均小于200目。优选地，在所述步骤S2中，通过造粒机、成型机、或挤出机等进行造型。在优选的实施例中，该造粒机为球形造粒机。在优选的实施例中，该成型机为浆料成型机。在优选的实施例中，该半成品为球形，颗粒形、柱形、蜂窝形、海绵形等。优选地，所述步骤S2中的辅料为聚乙烯醇和/或纤维素。在优选的实施例中，该辅料的质量占混合料的质量的0.5-1.5％，更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：/nS1，将铁粉和碳粉以75-80:20-25的质量比进行混合，形成混合料；/nS2，在混合料中加入辅料并造型，形成半成品；/nS3，将半成品先置于真空干燥箱中于100-105℃干燥，然后在无氧气氛下马弗炉中加热至600-1100℃焙烧，使得铁碳元素充分合金化，且辅料挥发形成具有空隙的微孔铁碳复合催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种微孔铁碳复合催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1，将铁粉和碳粉以75-80:20-25的质量比进行混合，形成混合料；
S2，在混合料中加入辅料并造型，形成半成品；
S3，将半成品先置于真空干燥箱中于100-105℃干燥，然后在无氧气氛下马弗炉中加热至600-1100℃焙烧，使得铁碳元素充分合金化，且辅料挥发形成具有空隙的微孔铁碳复合催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括添加过渡金属单质和/或其氧化物，形成混合料。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的铁粉和碳粉的直径均小于200目。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的辅料为聚乙烯醇和/或纤维素。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的焙烧包括：以...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新亚，
申请(专利权)人：上海尚析环保设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31