[发明专利]一种基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学水处理技术领域，具体涉及一种包裹型磁性颗粒的制备方法。

背景技术

电芬顿氧化是电化学高级氧化技术中应用较为广泛的一种，其主要是利用Fe²⁺与阴极原位电合成的H₂O₂反应产生具有强氧化性的羟基自由基无选择性的氧化难降解的有机污染物，具有降解效率高，设备简单，环境友好等特点。在电芬顿技术降解有机污染物的研究中，反应液需要提前进行酸化处理且存在由于加入金属催化剂而导致的二次污染等问题。

非均相电芬顿技术克服了芬顿技术中适用pH范围窄，容易造成二次污染等缺点，逐步成为研究热点，对于非均相电芬顿技术来说，其研究的核心之一是制备高效、廉价，稳定的催化剂。通过制备固相负载型催化剂，构建异相电芬顿氧化体系，拓宽电化学氧化技术的适用范围。

活性炭具有丰富的内部空隙和较高的比表面积，是水处理领域常用的吸附材料，本发明以活性炭颗粒作为磁性颗粒载体，具有成本低廉，节约资源的优点，并能较好的实现磁性颗粒的回收。目前制备的磁性颗粒在使用过程中由于活性组分的浸出和失活，大大缩短了磁性颗粒的使用寿命。本发明利用聚四氟乙烯对制备的磁性颗粒进行包裹，提高了磁性颗粒的结构强度，限制了使用过程中活性组分的浸出，减缓了磁性颗粒的失活，有效延长了磁性颗粒的使用寿命。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种以活性炭为载体的高效价廉，性能稳定，使用寿命长的非均相芬顿催化剂，拓宽应用范围，并且可回收利用。

一种基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将粒径在2-3mm的活性炭颗粒依次用超纯水和丙酮浸洗，去除附着的有机物；然后再次用超纯水冲洗干净丙酮，放入鼓风干燥箱中烘干备用；

(2)在室温条件下，将步骤(1)清洗之后的活性炭，浸渍于的硝酸铁与硝酸的混合溶液中，在恒温水浴锅中浸泡4-16h，取出放入鼓风干燥箱中于40℃-60℃下干燥，硝酸铁与硝酸的混合溶液中硝酸的浓度为2-4mol/L，硝酸铁的浓度为0.1-0.4mol/L，混合溶液体积与活性炭的用量关系为使得活性炭对铁吸附饱和，溶液中有剩余过量的硝酸铁；

(3)将步骤(2)中得到的活性炭放入马弗炉中于氮气保护下，在500℃-700℃(优选600-700℃)下煅烧0.5h-2h；

(4)将步骤(3)中得到的活性炭在聚四氟乙烯水溶液中，浸渍15min-60min，固液分离后置于60℃-80℃的真空干燥箱中烘干，得到基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂，其中聚四氟乙烯水溶液的质量百分含量10％-35％。

采用本发明制备的基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂，用于水中除草剂的电化学氧化处理，可在中性条件下进行电化学氧化处理，具有优异的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优异效果

1.本发明以活性炭作为催化剂载体，一方面活性炭价廉易得，吸附性能好，是水处理中应用广泛的材料；另一方面，活性炭中的碳元素在无氧环境中高温煅烧时可将三价铁还原，以磁性四氧化三铁晶体的形式固定在活性炭载体上，便于催化剂使用之后的回收。

2.本发明中硝酸可以优化活性炭载体的孔隙结构，使活性炭的微孔结构转化为介孔。

3.采用聚四氟乙烯对磁性颗粒进行包裹处理，减缓了活性组分的失活和浸出过程，提高了催化剂的稳定性与持久性。

4.包裹处理后的磁性颗粒拓宽了电芬顿氧化技术的pH范围，其应用于除草剂敌草隆废水的降解研究中，在近中性条件下运行良好，反应效率高，并可以多次重复使用。

附图说明

图1为实施例1步骤(3)得到的未用聚四氟乙烯包膜前的活性炭颗粒得电镜扫描图。

图2为实施例1基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂颗粒的电镜扫描图。

图3为实施例1基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂颗粒的XRD结果图。

图4为实施例1基于聚四氟乙烯包裹的负载型非均相芬顿催化剂颗粒的重复使用次数对敌草隆降解效果的影响。

图5为未包裹型催化剂重复使用次数对敌草隆降解效果的影响。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进行说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(1)将粒径在2—3mm的活性炭颗粒依次用超纯水和丙酮浸洗，去除附着的有机物；然后再次用超纯水冲洗干净丙酮，放入鼓风干燥箱中烘干备用。