一种柱状活性炭载铁复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，具体涉及一种柱状活性炭载铁复合催化剂及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：1)制备清洁的柱状活性炭；2)将柱状活性炭浸没在铁盐溶液中，水浴处理，进行柱状活性炭对铁盐的吸附；3)对吸附有铁盐的柱状活性炭进行煅烧，冷却后放置在空气中老化，得到柱状活性炭载铁复合催化剂。该催化剂能够有效去除废水中的甲硝唑，加快反应速率，提高净化的速度，同时催化剂的吸附位点较多，能够提高催化的效率，提高臭氧的利用率，加快氧化过程。加快氧化过程。加快氧化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种柱状活性炭载铁复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种柱状活性炭载铁复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]甲硝唑是硝基咪唑类抗生素药物中典型的代表物，是一种抗厌氧菌和抗原虫药物，主要用于治疗或预防由厌氧菌引起的系统或局部感染，如腹腔、消化道、女性生殖系、下呼吸道等部位的厌氧菌感染，对败血症、心内膜炎、脑膜感染以及使用抗生素引起的结肠炎也有效。同时，甲硝唑作为消毒剂，经常用于鱼和家禽饲料中的添加剂中以消除寄生虫。因此甲硝唑容易在动物和水产养殖以及肉类加工业的废水中积累。甲硝唑由于其具有不可生物降解性，且溶于水，易于积累，因而会造成水体污染，在此类制药废水处理厂和医院污水中发现甲硝唑的残余浓度。现在常用的处理方法有物理法、生物法、化学氧化法和其他组合工艺，物理法中常用的方法有吸附法、混凝法、膜分离法等，虽然对环境友好，但大多去除率低或使用成本高，在应用会受到限制，生物法利用微生物的同化作用来降解有机物，可以处理大量废水，对环境友好，但是甲硝唑废水中含有难生物降解，对微生物有毒害性的有机物，此时生物处理法效果将会变差，化学法中常用的是臭氧氧化法、芬顿试剂法、光催化氧化法，虽然高效但成本较高，单独臭氧处理污染物时，由于臭氧的不稳定性，不能够全部被利用，增加处理成本，通常用到的污水处理工艺难以将甲硝唑从废水中完全去除，因此可以有效的将甲硝唑从污水中降解及矿化有着重要的意义。
[0003]臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能，在碱性溶液中拥有2.07V的氧化电位，其氧化能力仅次于氟，高于氯与高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性，且在水中短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的绿色氧化药剂。因此臭氧氧化技术作为一种高级氧化技术，在水处理领域中已经得到了多方面的应用。臭氧在水处理过程中其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。然而一些缺点限制了它的应用：臭氧分子和污染物之间的反应具有选择性，大多数氧化过程很慢并且反应不完全；臭氧在水中的溶解性和稳定性都很低，导致臭氧利用率不高。
[0004]催化臭氧氧化技术是近年来发展起来的一种在常温常压下降解难以用臭氧单独氧化或降解有机物的方法。催化臭氧氧化也可以分为均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化，均相催化臭氧氧化是通过投加一些液体催化剂，如过氧化氢，或者向系统中投加一些金属离子为催化剂，使投加的催化剂与溶剂同相的液相，非均相催化臭氧氧化是利用臭氧氧化和固体催化剂的协同作用达到深度氧化、最大限度去除难降解污染物的技术，均相催化氧化具有反应速率快，催化活性高但催化剂易于流失，不易回收，成本增大，且在被处理水中引入金属离子，增加出水中金属离子浓度等缺点。相比均相催化氧化，非均相催化氧化反应流程简单，易回收，节约了处理成本。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，针对废水中甲硝唑难降解、危害大的问题，以及当前工业废水排放要求的提高以及深度处理技术的缺陷，本专利技术提供了一种柱状活性炭载铁复合催化剂及其制备方法和应用。该催化剂能够有效去除废水中的甲硝唑，加快反应速率，提高净化的速度，同时催化剂的吸附位点较多，能够提高催化的效率，提高臭氧的利用率，加快氧化过程。活性炭本身具有一定的催化作用，负载铁后成为复合催化剂，能加强化其催化作用，且柱状活性炭有利于回收，可实现工程化应用。
[0006]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0007]一种柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)制备清洁的柱状活性炭；
[0009]2)将柱状活性炭浸没在铁盐溶液中，水浴处理，进行柱状活性炭对铁盐的吸附；
[0010]3)对吸附有铁盐的柱状活性炭进行煅烧，冷却后放置在空气中老化，得到柱状活性炭载铁复合催化剂。
[0011]上述技术方案中：
[0012]步骤1)中，除去柱状活性炭上的表面灰分，有利于活性炭表面的吸附能力，使催化剂表面更好的吸附污染物和臭氧，使其能够充分反应，提高催化氧化效果；
[0013]步骤2)中，柱状活性炭对硝酸铁有的吸附能力，使柱状活性炭上吸附的金属盐，保证对有机物的催化效果；
[0014]步骤3)中，经过煅烧吸附在改性活性炭上的金属盐变成FeO、Fe2O3多价态的氧化物的存在有利于电子转移。
[0015]具体的，步骤1)中，柱状活性炭的粒径为3
‑
6mm，长度为5
‑
10mm。
[0016]具体的，步骤2)中，铁盐为硝酸铁，铁盐溶液的质量百分数为8
‑
12％。铁盐也可选择其他常用铁盐，例如氯化铁、硫酸铁、醋酸铁等等。
[0017]具体的，步骤2)中，水浴处理的温度为28
‑
42℃，水浴处理的时间为10
‑
12h。
[0018]具体的，步骤3)中，煅烧的温度为300
‑
400℃，煅烧时间为2.5
‑
3.5h。
[0019]具体的，步骤3)中，从室温开始加热，加热速率为2
‑
5℃/min。
[0020]具体的，柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0021]1)将粒径为3
‑
6mm，长度为5
‑
10mm的柱状活性炭在水溶液中洗涤，然后放置于烘箱中烘干；
[0022]2)将Fe(NO3)3·
9H2O配制为质量浓度为8％
‑
12％的溶液，将柱状活性炭加入到溶液中，水浴10
‑
12h，完成改性活性炭对Fe(NO3)3的吸附，将柱状活性炭加入到溶液中，温度为28
‑
42℃下水浴10
‑
12h，完成改性活性炭对Fe(NO3)3的吸附，柱状活性炭应能完全浸入溶液中，使改性活性炭充分吸附硝酸铁；
[0023]3)将吸附有Fe(NO3)3的柱状活性炭从溶液中取出，清洗、烘干以后在马弗炉中下，以2
‑
5℃/min程序升温在300
‑
400℃条件下煅烧2.5
‑
3.5h，冷却后放置在空气中老化，得到含铁催化剂。
[0024]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的柱状活性炭载铁复合催化剂。
[0025]本专利技术还提供了柱状活性炭载铁复合催化剂的应用，用于处理甲硝唑废水。
[0026]具体的，柱状活性炭载铁复合催化剂的应用包括以下步骤：
[0027]1)调节甲硝唑废水的pH值，使pH值为中性；
[0028]2)向中性的甲硝唑废水中加入柱状活性炭载铁复合催化剂，同时通入臭氧，进行催化降解。
[0029]上述技术方案中，金属盐变成FeO、Fe2O3多价态的氧化物的存在有利于电子转移，在非均相催化氧化系统中，在复合催化剂表面发生的氧化反应是很重要的一步，臭氧和污染物在复合催化剂表面可以更好地反应，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备清洁的柱状活性炭；2)将柱状活性炭浸没在铁盐溶液中，水浴处理，进行柱状活性炭对铁盐的吸附；3)对吸附有铁盐的柱状活性炭进行煅烧，冷却后放置在空气中老化，得到柱状活性炭载铁复合催化剂。2.根据权利要求1所述的柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，柱状活性炭的粒径为3
‑
6mm，长度为5
‑
10mm。3.根据权利要求1所述的柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，铁盐为硝酸铁，铁盐溶液的质量百分数为8
‑
12％。4.根据权利要求1所述的柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，水浴处理的温度为28
‑
42℃，水浴处理的时间为10
‑
12h。5.根据权利要求1至4任一所述的柱状活性炭载铁复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，煅烧的温度为300
‑
400℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：明银安，王娜，徐双喜，
申请(专利权)人：湖北省宏源药业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：