【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化材料制备，尤其涉及一种改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、药物抗生素广泛应用于医药、农业和养殖业，抗生素的过度使用导致了环境中暴露水平的持续增加，从而严重影响了水生生物的活动和人类健康。盐酸四环素作为一种有效的广谱类抗生素，具有四个芳香环的稳定结构，人体和动物对其代谢程度有限，其残留物会通过尿液和粪便释放到水生生态系统中，对生态系统构成严重危害。因此，开发一种有效的盐酸四环素的去除工艺对于水处理而言具有非常重要的意义。
2、目前，已经开发了多种技术去除水中有机污染物，高级氧化工艺能够以非选择性和强氧化能力介导各种反应物种(例如氧化电位为2.80v的羟基自由基)的生成，被认为是降解难降解污染物最有效的废水处理技术之一。其中，非均相催化臭氧氧化具有氧化功效高且对水质没有影响的优点，被广泛应用于水中污染物的降解。然而，在多相催化臭氧氧化过程中，存在气液传质速率差和臭氧利用效率低等问题。且虽然臭氧降解抗生素能够有效去除母体化合物，但是溶液的矿化效果较差。
3、近年来，层状氢氧化物材料因其低成本、大比表面积和高反应活性在催化臭氧领域引起了广泛的关注。层状氢氧化物是具有内层水分子和更高阴离子交换能力的新兴催化材料，其材料中特殊的层状结构和金属离子的可变性为去除污染物提供了巨大的催化潜力。然而，目前层状氢氧化物的催化性能还不能满足有效催化臭氧降解盐酸四环素类难降解物质的需求。因此，有必要研发一种催化活性高，催化性能稳定且制备方法简单的层状氢氧化物催化剂，以实现对废
技术实现思路
1、针对现有层状金属氢氧化物催化剂用于降解盐酸四环素类难降解物质时，存在的催化活性较低，无法使抗生素有效矿化等问题，本专利技术提供一种污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用。本专利技术通过采用高锰酸钾和氢氧化钠联合对污泥炭进行改性，并将其作为载体负载多金属氢氧化物，与臭氧微纳米气泡协同处理盐酸四环素废水，有效提高了盐酸四环素废水的矿化率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供的技术方案是：
3、一种改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤a，将污泥干燥粉碎后，加入高锰酸钾溶液中，浸渍，干燥，然后于惰性气氛下，于600℃～800℃碳化1h～3h，得污泥炭；
5、步骤b，将所述污泥炭加入氢氧化钠溶液中，升温浸渍，固液分离，得改性污泥炭；
6、步骤c，将所述改性污泥炭加入可溶性钴盐、可溶性锰盐和可溶性铁盐的混合盐溶液中，分散均匀，得分散液；
7、步骤d，将碳酸钠和氢氧化钠溶于水中，得碱性溶液；将所述分散液和碱性溶液进行混合，调节ph至碱性，升温反应，固液分离，洗涤，干燥，得改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂。
8、相对于现有技术，本专利技术提供的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，采用高锰酸钾和氢氧化钠联合改性污泥炭作为载体，将钴锰铁层状氢氧化物负载到改性污泥炭上，有效避免了层状氢氧化物的聚集，使催化剂具有丰富的活性位点和较高的比表面积，从而提高了催化剂的活性；且改性污泥炭与层状氢氧化物通过共价键和金属键结合，提高了催化剂的稳定性，有效避免了降解过程中催化活性物质的脱落导致的催化性能不稳定问题的出现；同时，改性污泥炭与层状氢氧化物之间的化学键合，还有利于促进电子转移，使催化剂具有优异的电子传输性能，从而提高了臭氧产生羟基自由基的效率，进而提高抗生素的降解率和矿化率；另外，本专利技术中改性污泥炭的独特结构和表面官能团、多金属氢氧化物独特的层状结构、以及钴、锰和铁活性组分的协同作用，可增加催化剂对臭氧的吸附能力，增加气液两相的接触面积，从而提高臭氧产生活性自由基的数量和效率，显著改善臭氧氧化效果，提高难降解抗生素的矿化率，且制备工艺简单，成本低廉，对于实现节能减排和发展循环经济具有重要意义。
9、作为本专利技术的一种具体实施方式，所述污泥可选用城市制药污水处理厂的剩余污泥。将污泥于100℃～105℃干燥8h～12h后研磨成粉末，作为制备改性污泥炭的原料。
10、优选的，步骤a中，所述高锰酸钾溶液的浓度为0.1mol/l～0.3mol/l，其与干燥污泥的体积质量比为8ml:1g～12ml:1g。
11、优选的，步骤a中，所述浸渍的时间为2h～4h。
12、进一步优选的，步骤a中，所述碳化的温度为700℃，碳化的时间为2h。
13、优选的，步骤b中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l～3mol/l，其与污泥炭的体积质量比为8ml:1g～12ml:1g。
14、优选的，步骤b中，所述升温浸渍的温度为70℃～90℃，升温浸渍的时间为1h～3h。
15、采用优选的方法对污泥炭进行改性，可增加污泥炭表面的含氧官能团种类，增加催化剂活性臭氧产生高活性自由基的能力，且还可提高层状多金属氢氧化物与污泥炭载体之间的结合力，从而提高催化剂的稳定性，同时，还能提高催化剂对臭氧的吸附性能，提高气液传质速率差和臭氧利用效率。
16、优选的，步骤c中，所述可溶性钴盐为氯化钴，所述可溶性锰盐为硝酸锰，所述可溶性铁盐为硝酸铁。
17、优选的，所述氯化钴、硝酸锰之和与硝酸铁的摩尔比为2.8:1～3.2:1，所述硝酸锰与氯化钴和硝酸铜之和的摩尔比为0.1:1～0.3:1。
18、进一步优选的，所述氯化钴、硝酸锰与硝酸铁的摩尔比为2.4:0.6:1。
19、优选的，步骤c中，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为0.1mol/l～0.3mol/l。
20、进一步优选的，步骤c中，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为0.2mol/l。
21、优选的钴、锰和铁的比例，有利于提高制备的多金属氢氧化物催化剂的催化活性，提高难降解有机污染物的矿化率。
22、优选的，步骤c中，所述混合盐溶液与改性污泥炭的体积质量比为400ml:2.5g～400ml:7.5g。
23、优选的，步骤d中，所述碱性溶液中碳酸钠的浓度为0.02mol/l～0.03mol/l，氢氧化钠的浓度为0.4mol/l～0.5mol/l。
24、进一步优选的，步骤d中，所述碱性溶液中碳酸钠的浓度为0.025mol/l，氢氧化钠的浓度为0.4mol/l。
25、优选的，步骤d中，所述分散液和碱性溶液的体积比为0.8:1～1.2:1。
26、优选的，步骤d中，所述碱性是指ph为10.5～12.5。
27、进一步优选的，步骤d中，所述碱性是指ph为11.5。
28、示例性的，步骤c中，采用氢氧化钠溶液调节ph至10.5～12.5，氢氧化钠溶液优选为0.1mol/l氢氧化钠溶液。
29、优选的，步骤d中，所述升温反应的温度为60℃～80℃，升温反应的时间为4h～8h。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述高锰酸钾溶液的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L，其与干燥污泥的体积质量比为8mL:1g～12mL:1g；和/或
3.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述可溶性钴盐为氯化钴，所述可溶性锰盐为硝酸锰，所述可溶性铁盐为硝酸铁；和/或
4.如权利要求1或3所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为0.1mol/L～0.3mol/L；和/或
5.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤d中，所述碱性溶液中碳酸钠的浓度为0.02mol/L～0.03mol/L，氢氧化钠的浓度为0.4mol/L～0.5mol/L；和/或
6.一种改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂，其特征在于，
7.权利要求6所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂在臭氧氧化降解抗生素中的应用。
8.权利要求6所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂在微气泡协同臭氧氧化降解抗生素中的应用。
9.如权利要求7或8所述的应用，其特征在于，所述抗生素为盐酸四环素。
10.一种利用权利要求6所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂降解废水中抗生素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述高锰酸钾溶液的浓度为0.1mol/l～0.3mol/l，其与干燥污泥的体积质量比为8ml:1g～12ml:1g；和/或
3.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述可溶性钴盐为氯化钴，所述可溶性锰盐为硝酸锰，所述可溶性铁盐为硝酸铁；和/或
4.如权利要求1或3所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为0.1mol/l～0.3mol/l；和/或
5.如权利要求1所述的改性污泥炭负载层状多金属氢氧化物...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘春，杨立慧，张静，马俊俊，张瑞娜，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：
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