一种铁碳氮基催化剂复合填料及连续式催化-吸附反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铁碳氮基催化剂复合填料及其制备，以及基于所述复合填料构建的一种处理有机废水的连续式催化

【技术实现步骤摘要】
一种铁碳氮基催化剂复合填料及连续式催化
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吸附反应装置


[0001]本专利技术属于有机废水处理
，具体涉及一种铁碳氮基催化剂负载的聚氨酯泡沫复合填料(Fe@CN/sponge)及其制备方法，以及一种处理高浓度有机废水的连续式催化
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吸附反应装置。

技术介绍

[0002]随着工农业生产的发展和城镇居民生活水平的提高，工业废水、城市污水的排放量逐年加大，主要包括生活污水、农药废水、染料废水、造纸废水和焦化废水等。染料废水、造纸废水等不同类型的有机废水具有水质复杂、COD高、可生化性差等特点，其对环境已造成了巨大的危害，因此排放物的环境污染问题已引起人们的高度重视。传统的化学处理法和生物处理法，虽然也能一定程度上降解废水中的有机污染物，但处理后的尾水中仍含有一定量的惰性(或难降解)有机物或金属离子等，如果不进行二次处理，会导致处理后尾水达不到环境排放标准。因此需要采用高级氧化等深度处理技术，以解决有机废水处理后出水的水质达标问题。
[0003]在有机废水深度处理的高级氧化技术中有多种处理工艺，比如芬顿氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法等。但现阶段由于这些工艺所需装置的搭建成本高、操作繁琐、运行稳定性差等多方面原因，有机废水的处理效果普遍不理想。例如，在传统均相芬顿氧化工艺及装置中，催化反应体系的pH值要保持在酸性条件下，因此在运行过程中需要不断地投加大量的酸性试剂。同时还需要额外投加大量的硫酸亚铁作为均相芬顿反应催化剂，这不可避免地会在反应体系中生成大量铁泥沉淀，导致处理装置的运行不稳定、使用寿命短，且对有机废水的处理效率低。
[0004]立式柱状反应器(填充催化剂填料和反应物)可以用于有机废水的化学处理，具有装置搭建简单、易操作、方便检修等优点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于非均相芬顿反应体系的铁碳氮基催化剂负载的复合填料及其制备方法，是一种铁碳氮基催化剂负载的聚氨酯泡沫复合填料，克服了传统均相催化剂的酸性pH限制，大大减少反应体系中产生的铁泥。
[0006]本专利技术的目的还在于提供一种可连续运行的有机废水高级催化氧化
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吸附处理装置。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将碳氮前驱体、可溶性铁盐溶解于去离子水中，超声处理得到均匀的混合液；
[0010](2)将上述混合液置于马弗炉中焙烧，将焙烧得到的固体研磨，得到粉末状铁碳氮基催化剂(记为Fe@CN)；
[0011](3)对聚氨酯泡沫进行预处理，方法为先将聚氨酯泡沫切块，将聚氨酯泡沫块浸泡
到丙酮溶液中过夜，用去离子水洗涤直至洗去泡沫表面的丙酮残留，然后将洗净的聚氨酯泡沫块置于烘箱中干燥，备用；
[0012](4)将上述步骤(2)得到的催化剂粉末加入去离子水中并充分混匀，将预处理后的聚氨酯泡沫块浸泡于所述催化剂溶液中，直至聚氨酯泡沫吸收催化剂溶液至饱和，吸附饱和后的聚氨酯泡沫块热处理，铁碳氮基催化剂负载在聚氨酯泡沫上形成催化剂复合填料(记为Fe@CN/sponge)。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述的碳氮前驱体选自尿素、三聚氰胺或双氰胺等，优选为尿素。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述的可溶性铁盐选自氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等，优选为氯化铁。
[0015]进一步地，所述的可溶性铁盐和碳氮前驱体的质量比为1:5～10。
[0016]进一步地，步骤(2)中，焙烧温度为500～600℃，保持时间为80～150min，升温速率为5～10℃/min。
[0017]进一步地，步骤(3)中，所述催化剂溶液的浓度优选为2g/L。
[0018]进一步地，步骤(3)中，所述的热处理温度为180～200℃，保持时间为3～5h。
[0019]本专利技术还提供所述的方法制备的一种铁碳氮基催化剂复合填料(Fe@CN/sponge)。
[0020]根据本专利技术的催化剂复合填料由吸附铁碳氮基催化剂的块状聚氨酯泡沫经热解制备而成(Fe@CN/sponge)，所述铁碳氮基催化剂采用氯化铁等价格低廉的铁源，尿素等做碳氮前驱体，一步焙烧法制得催化剂粉末，铁元素分布均匀，固定在具有3D结构的CN载体上；催化剂负载在聚氨酯泡沫上，可用于非均相芬顿反应体系，搭建处理高浓度有机废水的连续式催化
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吸附装置。所述复合填料(Fe@CN/sponge)能够在较广的pH范围内，通过暴露的铁活性位点生成具有强氧化性和非选择性的羟基自由基(
·
OH)，从而激活芬顿反应。
[0021]基于所述的铁碳氮基催化剂负载的聚氨酯泡沫复合填料，本专利技术还提供一种用于处理高浓度有机废水的连续式催化
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吸附反应装置，包括依次连接的催化反应器和吸附反应器，所述的催化反应器包括2个以上串联的柱状反应器，其中填充所述的铁碳氮基催化剂复合填料(Fe@CN/sponge)，所述的吸附反应器为柱状反应器，包含1个以上吸附剂层；所述催化反应器和吸附反应器的底部设置爆气口，所述催化反应器的底部设置H2O2补料口。
[0022]优选地，所述的吸附剂选自活性炭、麦饭石或托玛琳球中的一种或几种。
[0023]优选地，所述的催化反应器由3个串联的柱状反应器组成，以“下进上出”的方式串联。
[0024]优选地，所述的吸附反应器包括一级活性碳吸附柱和二级混合填料吸附柱2个串联的柱状反应器，所述一级活性碳吸附柱内填充活性炭颗粒层，用来吸附催化过程中难降解的中间产物，所述二级混合填料吸附柱中层状交替填充活性炭吸附棉、麦饭石和托玛琳球混合填料(优选体积比2:1)，用来稳定和调节出水pH至近中性，并且吸附催化剂表面可能浸出的游离铁离子。
[0025]优选地，所述的柱状反应器内设置多孔档板，用于固定催化剂填料或吸附剂的位置并且保护物料的进、出口不被堵塞。
[0026]有益效果：本专利技术制备一种非均相芬顿反应铁碳氮基催化剂的复合填料，并基于柱状反应器设计了一种适用于处理高浓度有机废水的连续式催化
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吸附反应装置。其中催
化剂复合填料由吸附铁碳氮基催化剂的块状聚氨酯泡沫经热解制备而成(Fe@CN/sponge)，使得催化剂固定在具有3D结构的CN载体上，提高其复用性。将其填充于催化反应柱内，在有机废水的连续催化反应过程中，本专利技术制备的非均相催化剂复合填料(Fe@CN/sponge)克服了传统均相催化剂的酸性pH限制，大大减少了催化反应体系中产生的铁泥(甚至不产生)。催化
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吸附装置系统中的多个催化反应柱和吸附柱串联的连续式运行，通过芬顿反应分级降解废水中的有机物，达到一个稳定的高降解率(3级催化反应可达95％左右)，同时能够吸附铁碳氮基催化剂填料表面浸出的铁离子、催化过程中难降解的小分子中间产物及残余的H2O2反应试剂，进一步控住出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将碳氮前驱体、可溶性铁盐溶解于去离子水中，超声处理得到均匀的混合液；(2)将上述混合液置于马弗炉中焙烧，焙烧得到的固体研磨，得到粉末状铁碳氮基催化剂(记为Fe@CN)；(3)对聚氨酯泡沫进行预处理，方法为先将聚氨酯泡沫切块，将聚氨酯泡沫块浸泡到丙酮溶液中过夜，用去离子水洗涤直至洗去泡沫表面的丙酮残留，然后将洗净的聚氨酯泡沫块干燥，备用；(4)将上述步骤(2)得到的催化剂粉末加入去离子水中并充分混匀，将预处理后的聚氨酯泡沫块浸泡于所述催化剂溶液中，直至聚氨酯泡沫吸收催化剂溶液至饱和；吸附饱和后的聚氨酯泡沫块热处理，铁碳氮基催化剂负载在聚氨酯泡沫上形成催化剂复合填料(记为Fe@CN/sponge)。2.根据权利要求1所述的铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的碳氮前驱体选自尿素、三聚氰胺或双氰胺。3.根据权利要求1所述的铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的可溶性铁盐选自氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。4.根据权利要求1所述的铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，其特征在于：所述的可溶性铁盐和碳氮前驱体的质量比为1:5～10。5.根据权利要求1所述的铁碳氮基催化剂复合填料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，焙烧温度为50...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍晓雨，杨倩文，张雪英，周俊，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：