一种铁锰硼多孔微球催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种铁锰硼多孔微球催化剂，催化剂中包含MnFe2O4、Fe2O3、FeBO3、B2O3和微量碳；其中，MnFe2O4、Fe2O3为催化活性成分，B2O3为骨架成分，FeBO3既为催化活性成分又为骨架成分，催化剂中催化活性成分质量百分比为80

【技术实现步骤摘要】
一种铁锰硼多孔微球催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种铁锰硼多孔微球催化剂及其制备方法与应用，属于新材料及工业废水处理领域。

技术介绍

[0002]水中难降解有机物处理一直是水处理领域的难题，而高级氧化技术由于具有氧化能力强和无二次污染等特点，被认为是处理水中难降解有毒有害有机物最有应用前景的方法。高级氧化处理中，芬顿处理具有处理效率高、成本相对低、容易工业化等特点，逐渐成为高级氧化技术主要方法之一。但对于普通均相芬顿反应体系而言，因其只有在较低pH下才能有效进行，因此，需要对废水反复调节pH，适用pH范围较窄，铁离子催化剂投加量较大，不能循环利用，增加了处理成本，而且均相芬顿系统的催化剂混溶于废水中，催化剂无法回收利用，反应结束后产生大量的含铁污泥，增加后续处理成本。
[0003]为了解决传统均相芬顿技术使用过程的问题，许多学者开展芬顿试剂与其他技术联合处理废水的方法。其中将铁锰等固化成为固相非均相催化剂应用于芬顿体系中，可以不受pH限制，在不影响污染物去除率的前提下，拓宽适用的pH范围、克服催化剂的流失等问题，是目前芬顿系统的主要发展方向。如公开号为CN 105107522 A的中国专利技术公开了一种铁锰复合氧化物催化剂及其制备方法，催化剂通过聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、硫酸亚铁、碳酸钠与天然锰铁矿石反应后煅烧制备，并能够应用于制浆造纸废水的深度处理。相比较于传统的芬顿体系，该专利技术方法化学产泥量少，适用pH范围广，工艺流程简单，催化剂易于分离。因此负载类催化剂及粉末造粒技术是目前类芬顿催化剂的研究热点。但现有的负载类催化剂存在负载过程复杂、负载量小、有效成分容易流失、稳定性低、催化效率低等劣势。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，尤其是现有负载类催化剂存在负载过程复杂、负载量小、有效成分容易流失、稳定性低、催化效率低的难题，本专利技术提供一种铁锰硼多孔微球催化剂及其制备方法与应用。
[0005]为解决以上问题，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种铁锰硼多孔微球催化剂。
[0007]一种铁锰硼多孔微球催化剂，使用Cu
‑
Kα射线对催化剂进行XRD表征，其在2θ为18.04
°
、29.66
°
、34.94
°
、42.45
°
、52.64
°
、56.10
°
、61.59
°
显示有MnFe2O4衍射峰；在2θ为24.20
°
、33.21
°
、35.73
°
、49.57
°
及54.17
°
显示有Fe2O3衍射峰；在2θ为43.34
°
、62.62
°
显示有FeBO3衍射峰；在2θ为44.98
°
、60.63
°
显示有B2O3衍射峰。
[0008]根据本专利技术优选的，所述的铁锰硼多孔微球催化剂中包含MnFe2O4、Fe2O3、FeBO3、B2O3和微量碳；其中，MnFe2O4、Fe2O3为催化活性成分，B2O3为骨架成分，FeBO3既为催化活性成分又为骨架成分，催化剂中催化活性成分质量百分比为80
‑
95％；是以B2O3为粘结剂，聚乙二
醇为发泡剂，铁锰粉末催化剂为功能成分，通过高温煅烧得到，得到的催化剂为以B2O3为骨架连接形成的多孔颗粒状，孔洞并残存微量的碳。
[0009]根据本专利技术优选的，所述的铁锰硼多孔微球催化剂粒径在1
‑
3mm，以B2O3和FeBO3为骨架搭桥，在骨架搭桥上负载有MnFe2O4、Fe2O3和微量碳，Fe2O3为30
‑
100nm球状颗粒，MnFe2O4为100
‑
200nm的晶体材料。
[0010]根据本专利技术优选的，所述的铁锰硼多孔微球催化剂的抗压强度为40
‑
100N/颗。
[0011]根据本专利技术优选的，所述的铁锰硼多孔微球催化剂的比表面积为90
‑
110m2/g。
[0012]本专利技术的第二个目的是提供一种铁锰硼多孔微球催化剂的制备方法。
[0013]一种铁锰硼多孔微球催化剂的制备方法，包括步骤如下：
[0014]1)将聚乙烯醇溶液与十二烷基苯磺酸钠溶液加入硫酸亚铁与硫酸锰混合溶液中，磁力搅拌2
‑
5min，然后加入碳酸钠溶液，室温下反应2
‑
4h，制得混合液，抽滤、干燥，高温煅烧，冷却后研磨，得铁锰粉末催化剂；
[0015]2)将铁锰粉末催化剂与B2O3、聚乙二醇及水混合均匀制成湿料，通过造粒机造粒成球，烘干后进行高温煅烧，即得铁锰硼多孔微球催化剂。
[0016]本专利技术制得的铁锰硼多孔微球催化剂以铁锰为基体,通过B2O3为骨架搭桥的粘结剂造粒而成，造孔剂聚乙二醇煅烧后形成空隙并残存微量碳，有助于提高催化剂的吸附作用，吸附有机物在催化剂上进行反应，能够更好的提高与废水中有机物的接触面积，提高COD去除率；同时催化剂硬度大抗冲刷能力强，不板结，无破损，催化剂溶出量低，稳定性优且使用寿命长，易回收，与H2O2产生强氧化性羟基自由基
·
OH，对废水COD、色度、有机氮及有机磷均有较强的降解效果，且不会产生大量的化学污泥。
[0017]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，聚乙烯醇溶液的质量浓度为7
‑
15％。
[0018]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，硫酸亚铁与硫酸锰混合溶液中硫酸亚铁的摩尔浓度为0.8
‑
2.5mol/L，硫酸锰的摩尔浓度为0.2
‑
1.2mol/L。
[0019]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，十二烷基苯磺酸钠(C
12
H
25
SO4Na)溶液的摩尔浓度为0.09
‑
0.32mol/L。
[0020]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，碳酸钠溶液的摩尔浓度为1.8
‑
3.2mol/L。
[0021]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、硫酸亚铁、硫酸锰、碳酸钠质量比为1：(1
‑
4)：(10
‑
25)：(1
‑
5)：(2
‑
6)。
[0022]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，干燥温度为90
‑
110℃。
[0023]上述制备方法中，优选的，步骤1)中，煅烧温度为500
‑
800℃，煅烧时间2
‑
5h。
[0024]上述制备方法中，优选的，步骤2)中，聚乙二醇、B2O3、铁锰粉末催化剂重量比为(0.2
‑
2)：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁锰硼多孔微球催化剂，使用Cu
‑
Kα射线对催化剂进行XRD表征，其在2θ为18.04
°
、29.66
°
、34.94
°
、42.45
°
、52.64
°
、56.10
°
、61.59
°
显示有MnFe2O4衍射峰；在2θ为24.20
°
、33.21
°
、35.73
°
、49.57
°
及54.17
°
显示有Fe2O3衍射峰；在2θ为43.34
°
、62.62
°
显示有FeBO3衍射峰；在2θ为44.98
°
、60.63
°
显示有B2O3衍射峰。2.根据权利要求1所述的铁锰硼多孔微球催化剂，其特征在于，所述的铁锰硼多孔微球催化剂中包含MnFe2O4、Fe2O3、FeBO3、B2O3和微量碳；其中，MnFe2O4、Fe2O3为催化活性成分，B2O3为骨架成分，FeBO3既为催化活性成分又为骨架成分，催化剂中催化活性成分质量百分比为80
‑
95％；是以B2O3为粘结剂，聚乙二醇为发泡剂，铁锰粉末催化剂为功能成分，通过高温煅烧得到，得到的催化剂为以B2O3为骨架连接形成的多孔颗粒状，孔洞并残存微量的碳。3.根据权利要求1所述的铁锰硼多孔微球催化剂，其特征在于，所述的铁锰硼多孔微球催化剂粒径在1
‑
3mm，以B2O3和FeBO3为骨架搭桥，在骨架搭桥上负载有MnFe2O4、Fe2O3和微量碳，Fe2O3为30
‑
100nm球状颗粒，MnFe2O4为100
‑
200nm的晶体材料；所述的铁锰硼多孔微球催化剂的抗压强度为40
‑
100N/颗；所述的铁锰硼多孔微球催化剂的比表面积为90
‑
110m2/g。4.一种铁锰硼多孔微球催化剂的制备方法，包括步骤如下：1)将聚乙烯醇溶液与十二烷基苯磺酸钠溶液加入硫酸亚铁与硫酸锰混合溶液中，磁力搅拌2
‑
5min，然后加入碳酸钠溶液，室温下反应2
‑
4h，制得混合液，抽滤、干燥，高温煅烧，冷却后...

【专利技术属性】
技术研发人员：史瑞明，
申请(专利权)人：威水星空北京环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：