[发明专利]应用于宽pH范围条件下非均相类芬顿体系的铜-铁-凹土-壳聚糖催化剂的制备方法

说明书

应用于宽pH范围条件下非均相类芬顿体系的铜‑铁‑凹土‑壳聚糖催化剂的制备方法，属于环境功能材料领域。本发明以壳聚糖炭和凹土为载体，Fe₃O₄、Cu⁰为主要活性组分，制备成螯合型催化剂。利用壳聚糖分子与金属离子之间的螯合作用，以及凹土的酸碱调节作用，制备成Cu‑Fe螯合型混合凝胶。将凝胶滴入氢氧化钠溶液去质子固化形成小球，再经水洗，冷冻，冻干和煅烧过程制备成有磁性的气凝胶催化剂。通过壳聚糖的螯合作用和凹土的酸碱调节作用，使本催化剂能在广泛的pH范围(pH＝3‑10)内都取得好的催化效果，本催化剂可自动调节进水pH，使出水pH呈弱碱性，可达标排放。催化剂无毒无害，操作简单，成本低廉，易于回收，易于实现工业化，有良好的催化效果。

技术领域

本专利涉及应用于宽pH范围条件下非均相类芬顿体系的铜-铁-凹土-壳聚糖催化剂的制备方法，属于环境功能材料技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和经济的高速发展，城市垃圾逐年增长。由于处理成本低，采用垃圾卫生填埋处理的垃圾占总垃圾产量的80％以上。在垃圾填埋过程中以及完成后会产生垃圾渗滤液。随着《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》的颁布，垃圾渗滤液的处理程度也提到了更高的标准，目前大多数垃圾填埋场为了适应标准的提高，渗滤液的处理更多的采用了生物处理技术和膜处理技术的联合工艺。而膜处理技术中产生的膜过滤浓缩液，较于垃圾渗滤液可生化性更低，无机盐离子更高，含有大量腐殖酸、富里酸等难降解的有机物，COD含量约4000～10000mg/L，含有一定的重金属，采用传统的生物处理法很难达到排放标准。

Fenton氧化法是高级氧化技术的一种，其具有高效，无选择性，反应迅速等特点，一直以来是学者们研究的热点，被广泛应用于各种难降解废水的处理领域。但是传统Fenton反应只在极窄的pH范围内有效，即2.8-4之间，而实际工业生产废水及生活产生污水(如垃圾渗滤液)的pH范围很广，且反应采用Fe²⁺做催化剂，H₂O₂做氧化剂·OH的前体，Fe²⁺参与的反应是一种均相的催化反应，当Fenton的链式反应停止后，Fe离子难以回收且以铁泥的形式存在，容易造成二次污染。非均相类Fenton催化剂将负载在载体上的金属和金属氧化物作为催化剂应用于废水处理，有效地避免了铁泥的产生。活性金属组分能有效催化过氧化氢转化为·OH，载体能持续吸附污染物分子，在催化剂表面和内部形成吸附-氧化降解污染物去除模型。非均相类Fenton因其处理效果稳定、操作简单、催化剂可回收等优点，在众多有机废水，如垃圾渗滤液处理中得到了广泛的应用。然而，一般非均相类Fenton反应在2～7的pH范围内有较高的催化活性，在更高的pH范围催化活性仍然受限。因此开发宽pH范围应用催化剂非常有意义。

发明内容

本发明提供一种应用于宽pH范围条件下非均相类芬顿体系的铜-铁-凹土-壳聚糖催化剂的制备方法，原料无毒无害，制备步骤简单，成本低廉，在较为广泛的pH范围下均能发挥良好的催化效果，易于实现工业化应用。

本发明的技术方案：

一种应用于催化湿式氧化的Cu-Fe-凹土-壳聚糖炭气凝胶催化剂是将壳聚糖、凹土、金属离子按一定的质量比配成凝胶，然后经过超声混合、去质子固化、冷冻、冻干、氮气气氛煅烧制备而成。

该催化剂制备步骤如下：

配制1L混合凝胶，称取0.01～0.029mol四水合氯化亚铁和0.009～0.03mol三水合硝酸铜溶于去离子水中形成溶液。称取12.5～18.75g凹土、11.5g～28.3g壳聚糖于溶液中形成悬浊液，边搅拌边加入40～60ml醋酸，直到形成1L凝胶。将凝胶超声15～20分，使其混合均匀。将该凝胶放入真空干燥机内静置4h以排净气泡。

用注射器抽取凝胶，逐滴滴入1L的浓度为1.25mol/L的氢氧化钠溶液，进行去质子固化10～12小时。