PTA残渣制备磁性生物炭催化剂及其高级氧化水处理方法技术

本发明专利技术涉及PTA残渣（精对苯二甲酸生产过程中产生的固体废弃物）制备磁性生物炭催化剂及其高级氧化水处理方法，属于废弃物综合利用和废水处理领域。本发明专利技术围绕PTA残渣同时含有机固废以及重金属离子的特征，提出将其转化制备为磁性生物炭催化剂，用于高级氧化水处理过程，达到以废治废的目的。将所述的磁性生物炭催化剂投加到废水中，添加过硫酸盐，通过催化剂表面基团、碳骨架以及负载的金属氧化物进行电子传输，激活过硫酸盐，生成硫酸根自由基，进行高级氧化还原反应，高效降解废水中的有机污染物。本发明专利技术综合利用有机固体废弃物进行废水高效处理，效果好，无残留，成本低，适用于工业生产。

Preparation of magnetic biochar catalyst from PTA Residue and its advanced oxidation water treatment method

【技术实现步骤摘要】
PTA残渣制备磁性生物炭催化剂及其高级氧化水处理方法
本专利技术涉及PTA残渣制备磁性活性炭催化剂，用于高级氧化处理废水中的有机污染物，属于废弃物综合利用和高级氧化水处理

技术介绍
PTA残渣为精对苯二甲酸生产过程中产生的固体废弃物，呈土黄色。PTA残渣主要成分是含量较高的苯甲酸和苯二甲酸（邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸），以及少量甲基苯甲酸及对羧基苯甲醛等，另外，还含有少量钴和锰等催化剂。由于体系较为复杂，现有的处置方法，要么直接将其笼统地作为固体废弃物处置，或者集中在对苯二甲酸或钴、锰催化剂等某些化学品的回收。作为固废处置主要采用掩埋、焚烧和水处理等方法，这些方法浪费了残渣中的有用物质（化学品或碳基材料），特别是贵金属钴流失，还会对环境造成二次污染。回收化学品的方法，分离提纯所有组分困难大，工艺路径较长，须根据特定原料组分调整处理办法，广谱性较差，或者回收物占总组分的比例较小，经济效益不高，仍然有待进一步处置。随着经济社会的发展，产生了大量的工业和生活废水，其中往往含有有毒难降解有机污染物，在环境中的迁移、对环境的影响以及处理工艺也已成为环境科学与工程领域的研究热点。高级氧化技术AOPs（AdvancedOxidationProcesses）能将有机废水的有害污染物彻底去除，矿化成CO2和H2O，应用前景较广阔。基于高氧化还原电势的硫酸根自由基高级氧化水处理技术，具有pH适应范围宽、中性条件下氧化性更强以及自由基半衰期更长的优势，成为研究热点，但传统活化介质会形成金属离子残留，导致二次污染。炭基材料可以避免金属催化剂的浸出问题，不引入新的物质和二次污染，与过氧化物联合的非均相体系中具有较大的潜力。但是，现有炭基材料集中于石墨烯、碳纳米管和纳米金刚石，价格高，实用性较低。有机废弃物热化学转化过程会产生富含炭的固体残渣（生物炭），具有丰富的孔道和孔结构，可以改性作为吸附剂或催化剂载体，但目前缺少高附加值的利用途径。以两种过渡金属元素为催化核心的二元复合材料，在降低催化剂制作成本的同时，还可以实现催化剂效能和稳定性的双重提高。公开号为CN105084511A的专利技术专利，采用非均相锰钴氧化物作为催化剂，能够高效、持续地活化过硫酸盐产生硫酸根自由基和羟基自由基，达到降解有机污染物的目的；同时，锰氧化物作为环境友好型材料，可有效减少钴离子泄露，降低二次污染和生物毒性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的局限，围绕PTA残渣同时含有机固废以及重金属离子的特征，并结合高级氧化过程二次污染问题，提出将其转化制备为磁性生物炭催化剂，用于高级氧化水处理过程，达到以废治废的效果。一种PTA残渣制备磁性生物炭催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备前驱体：将PTA残渣、生物质以及氧化铁混合，所述混合物中，生物质含量不高于30wt%，氧化铁含量不高于5wt%；（2）干燥：所得前驱体在100~120℃干燥10~12h；（3）炭化：将干燥后的前驱体在炭化气氛下升温至300~600℃恒温炭化2~6h，产生的热解气用于燃烧，为活化和干燥过程供热；（4）活化：利用700~1100℃的过热水蒸汽活化30~50min，过热水蒸汽量不高于0.2Nm3/kg，流出的过热水蒸汽尾气作为炭化气氛；然后通过氨气在300~500℃作用20~40min，氨气量不高于0.1Nm3/kg；（5）洗涤和干燥：洗涤上述产物，并烘干，即得所述磁性生物炭催化剂。进一步的，所述生物质为树枝、竹子和秸秆中的一种或多种。活化过程中，流出的水蒸汽尾气温度比较高，本身也不含氧气，可以作为炭化气氛直接对原料进行加热，提高热利用率。氨活化能丰富生物炭表面的含氮官能团，如吡啶、芳香胺，上述含氮官能团能够协同催化剂中的金属元素进行电子传输，激活过硫酸盐生成硫酸根自由基，从而提高有机污染物的催化氧化降解性能。所述的生物炭催化剂，其特征在于，比表面积为20~500m2/g，负载有锰、钴和铁氧化物，具有磁选特征，碘值为500~700mg/g，亚甲基蓝值为50~150mg/g。所述的生物炭催化剂，用于废水的处理方法为：废水中添加生物炭催化剂2~5g/L，过硫酸盐为2~5g/L，温度为25~60℃，废水停留时间为100~200s。所述的废水中含苯酚、亚甲基蓝等有机废弃物，其浓度低于250mg/L。所述的磁性生物炭催化剂，处理废水的原理如下：磁性生物炭催化剂，通过表面基团、碳骨架以及负载的金属氧化物进行电子传输，激活过硫酸盐，从而生成硫酸根自由基，进行高级氧化还原反应。所述的含有机废弃物的废水，经处置后，废弃物浓度降至1mg/L。本专利技术的有益效果：（1）综合利用PTA残渣进行废水高效处理，以废治废，一举两得；（2）利用PTA残渣制备活性炭时，调配适当的生物质，调整残渣热值，实现制备过程自热平衡；（3）避免了传统PTA残渣处置过程的不足，减小了对环境的冲击，提高了经济性；（4）调配适当氧化铁，结合残渣本身的钴锰，制备的活性炭具有磁性，便于磁选分离，避免传统高级氧化方法处理废水后产生金属离子残留；（5）相对传统的碳纳米管和石墨烯为基材的催化剂，具有活性位点多，催化活性好，并明显降低了成本；（6）处理效率高，反应速度快；（7）可用于饮用水消毒以及工业和生活废水处置；（8）不仅能降解水中有机污染物，还能杀死有害微生物。本专利技术通过以下实施例进行进一步表述，但并不因此限制本专利技术的适用范围。实施例1将65wt%的PTA残渣、30wt%的生物质以及5wt%的氧化铁混合，该混合物在100℃干燥10h。将干燥后的前驱体置于水蒸汽活化尾气氛围下升温至300℃恒温6h，产生的热解气用于燃烧供给活化和干燥过程。利用700℃的过热水蒸汽活化50min，过热水蒸汽量为0.2Nm3/kg。然后通过氨气在300℃作用40min，氨气量0.1Nm3/kg，洗涤上述产物，并烘干，即得所述磁性生物炭催化剂。生物炭催化剂比表面积为500m2/g，碘值为700mg/g，亚甲基蓝值为120mg/g。在含苯酚浓度为250mg/L的废水中添加生物炭催化剂2g/L，过硫酸盐为5g/L，温度为25℃，作用时间为180s。经上述处理后，苯酚浓度降至低于1mg/L。实施例2将76wt%的PTA残渣、20wt%的生物质以及4wt%的氧化铁混合，该混合物在120℃干燥12h。将干燥后的前驱体置于水蒸汽活化尾气氛围下升温至500℃恒温4h，产生的热解气用于燃烧供给活化和干燥过程。利用900℃的过热水蒸汽活化45min，过热水蒸汽量为0.15Nm3/kg。然后通过氨气在350℃作用35min，氨气量0.05Nm3/kg，洗涤上述产物，并烘干，即得所述磁性生物炭催化剂。生物炭催化剂比表面积为400m2/g，碘值为650mg/g，亚甲基蓝值为150mg/g。在含苯酚浓度为200mg/L的废水中添本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PTA残渣制备磁性生物炭催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）制备前驱体：将PTA残渣、生物质以及氧化铁混合，所述混合物中，生物质含量不高于30wt%，氧化铁含量不高于5wt%；/n（2）干燥：所得前驱体在100~120℃干燥10~12h；/n（3）炭化：将干燥后的前驱体在炭化气氛下升温至300~600℃恒温炭化2~6h，产生的热解气用于燃烧，为活化和干燥过程供热；/n（4）活化：利用700~1100℃的过热水蒸汽活化30~50min，过热水蒸汽量不高于0.2Nm

【技术特征摘要】
1.一种PTA残渣制备磁性生物炭催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备前驱体：将PTA残渣、生物质以及氧化铁混合，所述混合物中，生物质含量不高于30wt%，氧化铁含量不高于5wt%；
（2）干燥：所得前驱体在100~120℃干燥10~12h；
（3）炭化：将干燥后的前驱体在炭化气氛下升温至300~600℃恒温炭化2~6h，产生的热解气用于燃烧，为活化和干燥过程供热；
（4）活化：利用700~1100℃的过热水蒸汽活化30~50min，过热水蒸汽量不高于0.2Nm3/kg；然后通过氨气在300~500℃作用20~40min，氨气量不高于0.1Nm3/kg；
（5）洗涤和干燥：洗涤上述产物，并烘干，即得所述磁性生物炭催化剂。


2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：畅伟贤，郭新岳，
申请(专利权)人：岳托科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11