[发明专利]以粉煤灰为硅源和铁源的类芬顿催化剂及应用

说明书

技术领域

本发明属于废弃物资源化领域，涉及一种以粉煤灰为硅源和铁源的类芬顿催化剂及应用。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂和燃煤锅炉产生的大宗固体废物之一。截至2014年底，中国火力发电装机总容量已达9.16亿千瓦，发电量为41,731亿千瓦时，产生粉煤灰达5.78亿吨。粉煤灰的堆放不仅占用大量土地，而且导致严重的环境污染。目前，我国对粉煤灰的综合利用率已经超过70％，但主要集中在附加值较低的城市建筑、道路工程、生态回填、农业等领域，精细化和高值化利用比例非常低。

粉煤灰主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃以及CaO等，利用粉煤灰制备高附加值产品不但可缓解粉煤灰堆放对环境造成的压力，还可实现固废物的资源化，因此受到国内外专家学者的关注。粉煤灰含量大量SiO₂和Al₂O₃，使其有望成为替代硅、铝化学纯试剂来合成硅铝介孔分子筛的合适原料。如中国发明专利CN102557063B《以电厂粉煤灰为原料制备分子筛的方法及分子筛》公开了一种以电厂粉煤灰为原料、以KOH为碱剂合成W型分子筛的方法，制备的分子筛具有独特的对于极性、不饱和及易极化分子的优先强选择性吸附性能，在水处理中用于氮磷的同步脱除时效果良好。中国发明专利CN103787354B《一种利用粉煤灰制备MCM-41吸附溶液中Cr(VI)离子的应用》提供了一种利用水热合成制备MCM-41的方法，但在前处理过程中用盐酸处理粉煤灰原粉，将粉煤灰中的金属离子一并去除，造成了金属离子的二次污染及浪费。中国发明专利CN103769045B《一种粉煤灰基高性能吸附材料的制备方法》提供了以粉煤灰为原料制备高性能吸附材料的方法，可以将粉煤灰中的硅、铝等成分转化为吸附材料中的有效成分，对于吸附废水中污染物起到了积极作用。综上，现有利用粉煤灰制备分子筛的方法均以利用硅源和铝源为主，对于粉煤灰中的金属组分未能有效利用，导致资源浪费，同时还会造成金属离子的二次污染。迄今为止，直接利用粉煤灰中金属组分制备组装金属离子的分子筛催化剂鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术单纯利用粉煤灰中的硅源和铝源制备分子筛吸附材料，提供了一种同时利用粉煤灰中的氧化硅和金属组分制备分子筛负载金属类芬顿催化剂的方法。所制备的催化剂除了具有较强的吸附能力以外，还具有活化氧化剂产生自由基降解废水有机物的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

(1)将干燥至恒重的粉煤灰原粉用盐酸酸化处理，过滤、洗涤、烘干备用，盐酸滤液备用；

(2)将步骤(1)得到的粉煤灰与氢氧化钠研磨混合均匀，焙烧后加入到去离子水中，搅拌后分离出上清液备用；

(3)将模板剂CTAB与分散剂PEG溶于去离子水中，与上述上清液混合，搅拌均匀后，使用步骤(1)中留存的盐酸滤液调节溶液pH为7；

(4)将步骤(3)中得到的溶液置于反应釜中进行晶化反应后取出，经过滤、洗涤、干燥和焙烧得到Fe/Al-MCM-41类芬顿催化剂。

所述步骤(1)中盐酸的浓度为5～8mol/L。

所述步骤(2)中粉煤灰与氢氧化钠的质量比为1:(1.0～2.0)。

所述步骤(2)焙烧在马弗炉中进行，温度为550℃，焙烧时间为5h。

所述步骤(3)中模板剂：分散剂：水的质量比为1:1:20。

所述步骤(3)中采用步骤(1)中得到的盐酸滤液调节混合液pH值，其中含有粉煤灰溶出的金属离子。

所述步骤(4)中晶化温度为110℃，晶化时间为12h，焙烧温度为400℃，焙烧时间为4h，升温速率为1℃/min。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)同时利用粉煤灰中的氧化硅和金属组分制备分子筛负载金属类芬顿催化剂，既实现粉煤灰的资源化，又避免了粉煤灰利用中金属离子的二次污染和浪费；

(2)在保持分子筛较强吸附性能同时，通过催化剂中金属铁活化氧化剂对废水有机物进行高效降解。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制备的Fe/Al-MCM-41催化剂X射线衍射图。

图2为本发明实施例1中所制备的Fe/Al-MCM-41催化剂SEM-EDS图。