[发明专利]一种多级层次孔结构的Fenton-like催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境治理领域，具体涉及一种多级层次孔结构的Fenton-like催化剂及其应用。

背景技术

大气污染是目前最突出的环境问题之一。随着有机化学品的广泛应用，进入大气中的有机污染物日益增加，主要是低沸点、易挥发的有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs），如苯、甲苯、二甲苯、萘、苯乙烯、丙酮、正己烷、甲烷、丙烷以及一些硫烃、氮烃、氯烃等。有机废气主要来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气，石油和化工工厂及石化产品的存储设施，印刷及其他与石油和化工有关的行业，使用石油、石油化工产品的场合和燃烧设备，以石油产品为燃料的各种交通工具都是有机废气的源头。有机废气特点是数量较大，有机物含量波动性大、可燃、有一定毒性，有的还有恶臭，对环境有巨大的破坏作用。某些VOCs甚至具有强致癌性和基因毒性，给人类的生命和健康带来严重威胁。因此妥善处理挥发性有机废气已成为人们研究的焦点问题之一。

有机废气的治理方法主要有两类：一类是回收法，主要是对于高浓度( > 5000 mg/m³) 或比较昂贵的有机气体。回收法是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物(VOCs)，主要包括吸附法、变压吸附、冷凝法和膜法等。对于中等浓度或低浓度 (< 1000 mg/m³) 的有机废气则采用另一类消除法。消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物净化法等将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、等离子体分解法等。

上述有机废气的处理技术各有优缺点，例如：吸附法具有去除效率高，净化彻底，能耗低，工艺成熟，易于推广的优点，具有较好的环境和经济效益，但由于其处理设备容量有限，吸附剂需要再生等问题使得应用受到限制；热氧化法特别适用于低浓度有机废气，但由于有机废气中常出现杂质，很容易引起催化剂中毒；微生物净化法的主要优点是流程和设备较简单，但该方法存在着反应装置占地面积大、反应时间较长的缺点。

湿式吸收法是作为环境工程中控制大气污染的重要手段之一，不仅广泛应用于无机污染物的吸收净化，如湿法脱硫工艺是目前世界上应用最多、最为成熟的脱硫技术，而且对于一些有机污染物也可以用特定的溶剂，或水吸收进行处理。水吸收VOCs的过程是污染物由气相进入液相的过程，污染物并没有被消除而仅仅是被转移了，这样处理有机废气的结果是水体成了污染的转嫁体。因此有必要通过氧化技术降解或转化有机废气污染物为无毒的产物，通过氧化技术一方面可以使处理后的液相介质可以循环使用，以节约水资源，降低污染治理成本。另一方面，对水溶性较低的有机废气，通过活性物种例如羟基自由基进行氧化可以转变为无机离子，从而达到去除有机废气的目的。

在众多的高级氧化技术(AOPs)中，Fenton催化氧化法能在温和的条件下使大多数有机物包括毒性大和难生物降解的有机物氧化和矿化等优点，已经成为国内外备受关注的水处理技术之一。该方法的工艺具有易控制，易建立密闭性循环和无二次污染等优点。然而传统的均相Fenton氧化法存在着难以解决的问题：一是反应体系要求较低的pH值(一般2～3左右)，pH大于4-5以上会因氢氧化铁沉淀而降低反应效率。为克服上述Fenton反应存在的问题，近10年来，人们开始研究非均相Fenton-like催化氧化技术（类芬顿催化氧化技术）。目前研究较多的的多相Fenton-like催化剂主要有负载型磁铁矿(Fe₃O₄)、赤铁矿(α-Fe₂O₃)、针铁矿(α-FeOOH)、BiFeO₃等。利用这些多相Fenton-like催化剂处理有机物无严格的pH值限制，极大的提高了传统Fenton氧化反应中铁离子的流失，降低处理成本。但它们的催化活性还不能令人满意。

发明内容

本发明的发明目的克服现有技术中的不足，提供一种多级层次孔结构的Fenton-like催化剂及其应用。

本发明以污泥为前驱体制备具有多级层次孔结构Fenton-like催化剂，再结合过氧化氢水溶液用于有机废气的净化。本发明多级层次孔结构Fenton-like催化剂结合过氧化氢水溶液可以用来处理工业有机废气和恶臭废气，通过利用污泥制备多级层次孔结构催化剂达到了废物再利用的目的，能以较少的投入产生非常大的环境效益，具有经济实用性，是一项非常具有应用前景的湿式氧化法去除有机废气的新型工艺。