改性生物炭催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性生物炭催化剂及其制备方法，该制备方法包括：将生物炭与含铁盐和铝盐的溶液混合，加入络合剂，得到改性生物炭前驱体，煅烧，得到改性生物炭催化剂。本发明专利技术制备方法中，先在生物炭中引入铁离子和铝离子，然后在络合剂的作用下将它们包裹在生物炭内部，最后通过煅烧对生物炭进行改性，获得比表面积大、碱性官能团丰富、未成对电子和活性位点多、催化能力强、pH值适应范围广的改性生物炭催化剂，该改性生物炭催化剂对废水中复杂条件的适应性好，能够有效克服废水中不利因素对催化活性的影响，用于催化过硫酸盐处理有机污染物废水时，能够有效活化过硫酸盐并能高效去除废水中的难降解有机物，适应性强，应用效果好。果好。果好。

【技术实现步骤摘要】
改性生物炭催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物炭催化剂制备
，涉及一种改性生物炭催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于过硫酸盐的高级氧化技术具有寿命更长和氧化能力更强的硫酸根自由基，要求的反应条件更宽，而且与过氧化氢相比，过硫酸盐易于储存，水溶性好，与臭氧氧化相比，过硫酸盐的投资成本以及运营成本更低；加之过硫酸盐环境友好、安全稳定易于控制等诸多优点，有很好的应用前景。过硫酸盐活化方式主要有热活化、紫外活化、碱活化、炭活化等方式，这其中炭活化方式中，以炭材料为过硫酸盐的活化剂，由于炭材料具有较高的比表面积、丰富的空隙结构，已成为一类具有很大应用潜力的活化方式。
[0003]目前，用于活化过硫酸盐的炭材料主要有活性炭纤维、石墨烯、炭纳米管、生物炭，这其中生物炭是利用生物质在缺氧或无氧环境下，经高温裂解后生成的固态产物。生物炭主要由C、H、O、N、S等元素组成，保留了原材料的空隙结构，与其他炭材料一样具有较丰富的微孔结构和较大的比表面积，且来源广、实现了固体废物的资源化，在催化过硫酸盐降解有机物领域显示出巨大的潜力。然而，不同材料制备或改性的生物炭因其表面结构、电子密度、表面官能团等存在差异，由此使得这些不同生物炭材料对过硫酸盐的活化效果完全不相同。特别的，现有生物炭催化剂用于活化过硫酸盐时仍然极易受到体系中不利因素的影响，导致其难以实现对过硫酸盐的有效活化，结果是基于生物炭催化剂活化过硫酸盐构建的高级氧化降解体系仍然难以有效去除废水中的有机污染物，例如，现有生物炭催化剂活化过硫酸盐用于处理高盐有机废水时，采用的生物炭催化剂极易受废水中盐浓度或者阴离子的影响，导致该生物炭催化剂对过硫酸盐的催化能力较弱，进而难以快速、大量转化成硫酸根自由基或者这些自由基容易被其他不利因素消耗，由此使得所构建的高级氧化降解体系难以有效去除高盐废水中的有机污染物，仍然存在对高盐有机废水中有机污染物的去除率效果差的缺陷。因此，开发一种在高盐环境下仍具有高效催化能力的新型生物炭催化剂，对于构建适用于处理高盐有机废水的高级氧化体系并有效治理高盐有机废水具有十分重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比表面积大、碱性官能团丰富、未成对电子和活性位点多、催化能力强、pH值适应范围广的改性生物炭催化剂及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种改性生物炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将生物炭与含铁盐和铝盐的溶液混合，加入络合剂，得到改性生物炭前驱体；
[0008]S2、将所述改性生物炭前驱体进行煅烧，得到改性生物炭催化剂。
[0009]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，所述生物炭与所述含铁盐和铝盐的溶液的质量体积比为1g∶20mL～60mL；所述含铁盐和铝盐的溶液中铁盐的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L，铝盐的浓度为0.2mol/L～0.4mol/L；所述含铁盐和铝盐的溶液中铁盐与络合剂的摩尔比为1∶1～2.2。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，所述铁盐为硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁、硝酸铁、硝酸亚铁中的至少一种；所述铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；所述络合剂为葡萄糖、乙酰丙酮、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸中的至少一种。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，所述生物炭是以生物质和虾壳为原料在锌盐和弱酸的作用下经煅烧后制得的炭材料。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：
[0013](1)将生物质与虾壳混合，得到混合物料；
[0014](2)将混合物料与锌盐混合，浸泡到弱酸溶液中，超声，搅拌，清洗，干燥，得到生物炭前驱体；
[0015](3)对生物炭前驱体进行煅烧，得到生物炭。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进：步骤(1)中，所述生物质与虾壳的质量比为3～9∶1；所述生物质为水稻秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、椰壳中的至少一种。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进：步骤(2)中，所述混合物料在与锌盐混合之前还包括以下处理：将混合物料进行洗涤，干燥，粉碎，过20目～60目筛；所述混合物料与锌盐的质量比为1∶0.1～0.3；所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述混合物料与弱酸溶液的质量体积比为1g∶20mL～80mL；所述弱酸溶液为醋酸溶液、甲酸溶液、柠檬酸溶液中的至少一种；所述弱酸溶液的质量浓度为5％～15％；所述超声的时间为30min～60min；所述搅拌的转速为200r/min～500r/min，所述搅拌的时间为3h～6h；所述清洗为采用蒸馏水对搅拌后得到的固体产物进行洗涤，直至洗涤水的pH值为7～8；所述干燥的温度为105℃。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进：步骤(3)中，所述煅烧在惰性气体保护氛围下进行；所述煅烧过程中升温速率为3℃/min～6℃/min；所述煅烧的温度为300℃～500℃；所述煅烧的时间为1h～3h；所述煅烧完成后还包括对煅烧产物进行粉碎，过50目～80目筛。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S1中，加入络合剂后还包括以下处理：对混合液进行超声、搅拌、固液分离、清洗、干燥；所述超声的时间为20min～30min；所述搅拌的转速为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为2h～5h；所述清洗为采用蒸馏水对固液分离的固体产物进行洗涤，直至洗涤水的pH值为7～8；所述干燥的温度为105℃。
[0020]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，所述煅烧的温度≥700℃。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，所述煅烧的温度为700℃～900℃。
[0022]作为上述技术方案的进一步改进：步骤S2中，所述煅烧在惰性气体保护氛围下进行；所述煅烧过程中升温速率为5℃/min～10℃/min；所述煅烧的时间为1h～2.5h。
[0023]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种改性生物炭催化剂，所述改性生物炭催化剂由上述的制备方法制备得到。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025](1)针对现有生物炭催化剂难以适应于高盐有机废水复杂条件的缺陷，本专利技术创造性提出了一种改性生物炭催化剂的制备方法，通过将生物炭浸渍到含铁盐和铝盐的溶液中，使生物炭表面和孔隙中均匀吸附大量的铁离子和铝离子，同时在络合剂的作用下，使铁离子和铝离子被包裹在生物炭中，进而在煅烧过程中，随着溶液的蒸发，会在生物炭表面留下更多的孔隙结构，进一步的，络合剂也会在煅烧过程中碳化，不仅可以避免Fe(Ⅱ)与污染物竟争硫酸根自由基，而且也能避免Fe(Ⅱ)的迅速氧化，能够为硫酸盐的活化提供更多的活性位点，同时也能为过硫酸盐的活化提供电子，加速有机物的降解速率，与此同时，铝盐的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将生物炭与含铁盐和铝盐的溶液混合，加入络合剂，得到改性生物炭前驱体；S2、将所述改性生物炭前驱体进行煅烧，得到改性生物炭催化剂。2.根据权利要求1所述的改性生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物炭与所述含铁盐和铝盐的溶液的质量体积比为1g∶20mL～60mL；所述含铁盐和铝盐的溶液中铁盐的浓度为0.3mol/L～0.5mol/L，铝盐的浓度为0.2mol/L～0.4mol/L；所述含铁盐和铝盐的溶液中铁盐与络合剂的摩尔比为1∶1～2.2。3.根据权利要求2所述的改性生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铁盐为硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁、硝酸铁、硝酸亚铁中的至少一种；所述铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；所述络合剂为葡萄糖、乙酰丙酮、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸中的至少一种。4.根据权利要求2所述的改性生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物炭是以生物质和虾壳为原料在锌盐和弱酸的作用下经煅烧后制得的炭材料；所述生物炭的制备方法包括以下步骤：(1)将生物质与虾壳混合，得到混合物料；(2)将混合物料与锌盐混合，浸泡到弱酸溶液中，超声，搅拌，清洗，干燥，得到生物炭前驱体；(3)对生物炭前驱体进行煅烧，得到生物炭。5.根据权利要求4所述的改性生物炭催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质与虾壳的质量比为3～9∶1；所述生物质为水稻秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、椰壳中的至少一种；步骤(2)中，所述混合物料在与锌盐混合之前还包括以下处理：将混合物料进行洗涤，干燥，粉碎，过20目～60目筛；所述混合物料与锌盐的质量比为1∶0.1～0.3；所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的至少一种；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤恕，方志斌，彭云波，徐征，侯磊，石春芬，
申请(专利权)人：湖南湘牛环保实业有限公司，
类型：发明
国别省市：