[发明专利]一种纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂及其制备方法和使用方法

说明书

本发明涉及一种纳米偏钛酸亚铁‑硅胶颗粒芬顿催化剂及其制备方法和使用方法，所述方法为：纳米偏钛酸与硅酸钠溶液在酸性条件下，发生硅胶化反应获得纳米偏钛酸亚铁‑硅胶颗粒芬顿催化剂。使用方法为：向污水中加入本发明纳米偏钛酸亚铁‑硅胶颗粒芬顿催化剂和双氧水，对污水进行处理。本发明为纳米级的高比表面积和催化活性，使用时无需调整废水的pH，直接添加双氧水。本发明纳米偏钛酸亚铁‑硅胶颗粒芬顿催化剂在中性废水条件下具有高催化活性，沉淀分离速度快、重复使用稳定性性能好，无需添加酸、碱液、硫酸亚铁、PAM，无污泥产生，具有明显的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂及其制备方法和使用方法，属于芬顿催化剂技术领域。

背景技术

现有技术中，芬顿采用Fe²⁺/Fe³⁺作为催化剂，先促使废水中双氧水分解生成OH·，OH·再攻击废水中的难降解有机大分子，因OH·湮灭速度极快，废水中有机物含量低，造成了捕捉和裂解效率低下，同时，酸碱调整导致盐度增加、污泥产量大，运行成本高。

新型芬顿催化剂采用一定的工艺方法，选用纳米偏钛酸为原料，先制备纳米偏钛酸亚铁，然后在酸性条件下与硅胶溶液发生硅胶化反应，生成一定颗粒强度的纳米偏硅酸亚铁包裹的硅胶颗粒芬顿催化剂，该固体酸催化剂因有特殊的空间效应和比表面积，对废水中难降解有机物裂解的捕获效率大幅度提升，从而大幅度提升了双氧水氧化分解效率和传质效率，固体酸催化剂，无需添加酸、碱、硫酸亚铁、PAM，不会产生污泥的二次污染。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂及其制备方法和使用方法，本发明中纳米偏钛酸亚铁与一定模数的硅酸钠在酸性条件下，发生硅胶化反应，在搅拌态下，形成纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂。本发明具有明显的抗酸碱性能，大的比表面积和优良的沉淀分离效果。本发明技术方案如下：

一种纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)偏钛酸(水合二氧化钛)悬浊液的制备

将粒径为20-40nm的纳米偏钛酸加入到水中，制备质量浓度为10-30％的偏钛酸悬浊液；优选的，将粒径为30nm的纳米偏钛酸加入到水中，制备质量浓度为20％的偏钛酸悬浊液。

(2)向偏钛酸悬浊液中添加10-30％硫酸亚铁溶液，纳米偏钛酸与硫酸亚铁摩尔比为0.1-1:1，搅拌转速为50-100转/分钟的搅拌条件下，反应时间为1-30min，反应后溶液呈中性，生成纳米偏钛酸亚铁悬浊液；优选的，向偏钛酸悬浊液中添加20％硫酸亚铁溶液，纳米偏钛酸与硫酸亚铁摩尔比为0.5:1，搅拌转速为50转/分钟的搅拌条件下，反应时间为15min。

(3)在转速为20-200转/分钟的搅拌条件下，向步骤(2)的偏钛酸悬浊液中同时加入酸溶液和模数为1.1-4的硅酸钠溶液，偏钛酸溶液与硅酸钠溶液的摩尔比为1.5-3:1，反应时间为10-300min，反应后沉淀分离，最后获得纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂；优选的，向步骤(2)的偏钛酸悬浊液中同时加入酸溶液和模数为2.5的硅酸钠溶液，偏钛酸溶液与硅酸钠溶液的摩尔比为2:1，反应时间为100min，反应后沉淀分离，最后获得纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂。

本发明的使用方法：

向污水中加入本发明纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂和双氧水，对污水进行处理；优选的，所述废水中COD、纳米偏钛酸亚铁-硅胶颗粒芬顿催化剂、30％双氧水的质量比为1：2-10：1.2-1.5。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明具有纳米级别的高比表面积和催化活性，无需调整废水的pH，直接添加双氧水即可完成固体酸催化氧化效果。具有明显的稳定性、重复使用性能，降低成本。

附图说明