[发明专利]一种具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂及其制备方法和应用，涉及污水处理技术领域。具体包括如下步骤：对赤泥进行酸处理，在酸处理后的赤泥表面浸渍负载含碳还原性有机分子以及氧化石墨类材料并进行干燥，通过惰性煅烧条件下分解物质的热还原作用调控赤泥本身所含有铁物种的磁性，同时热处理过程中氧化石墨类材料脱氧转化为高导电性的石墨类材料，获得二维石墨类材料负载的具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥非均相催化剂。本发明制备得到的催化剂可用于类芬顿催化降解废水中的污染物，降解反应完毕后借助赤泥中含铁氧化物的磁性实现磁分离效果，不产生二次污染，在废水处理中具有较大的应用前景。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

类芬顿技术是一种新型的高级氧化水处理技术，因其反应效率高、反应彻底、无二次污染等特点成为了研究热点。近年来，研究人员合成出了多种异相催化剂用于和H₂O₂构建类芬顿反应系统，特别是以含铁化合物为代表的氧化物能催化分解双氧水产生·OH用于降解有机污染物，克服了均相芬顿体系所需pH值较低且应用范围窄，反应过程中铁离子的存在产生大量污泥等缺点。尽管如此，这些催化剂合成往往需要较为繁琐的实验步骤，在催化剂成型过程中又不可避免地带来催化活性的降低，去除污染物的效果仍差强人意。因此，在保证催化剂表面活性位点的基础上，引入液相体系中磁性粒子辅助下的固液分离作用，有望为高效类芬顿催化剂的开发提供新思路。

我国是世界最大的氧化铝生产国家，生产的氧化铝超过全球总量的一半。在氧化铝生产过程中，每生产1t氧化铝，大约排放赤泥固体废渣1.0～1.8t。赤泥中含有大量的强碱性物质，高碱度的污水渗入地下或进入地表水，造成严重的地表水和地下水污染。另外，赤泥的大量堆存造成土地资源的极大浪费，如何加快对赤泥的综合利用成为目前所面临的一大难题。实际上，赤泥的主要组分为Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂和TiO₂，这些也恰恰是众多类芬顿催化剂的基本组成。如能通过适当的赤泥改性方法，充分激活其表面类芬顿活性位点的同时发挥赤泥中含铁氧化物的自身优势，开发出具有磁分离性能的赤泥基类芬顿催化剂，无疑具有重要的研究价值。

根据已有报道，焙烧磁化可以用来对赤泥磁性能进行调控，专利“生物质还原赤泥中氧化铁同步提高无机组分活性的方法”(公告号：CN107311479B)公开了一种以生物质为还原剂还原赤泥中氧化铁的方法，专利“一种赤泥_碳基磁性复合材料的制备方法”(公告号：CN105801077A)公开了一种利用高温反应中甲醇还原生成磁性赤泥复合材料的方法。不难发现，这些含碳物质碳化裂解所形成的碳材料主要以无定型结构为主且多为无规则块状产物，难以和铁氧化物之间形成高效的电荷转移界面用于产自由基氧化水中污染物。因此，如何充分利用赤泥和石墨类材料，通过简单高效的方法制备出类芬顿反应催化剂是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂的制备方法，基于异相催化界面电荷调控原理对赤泥工业固废进行改性，该改性方法简单易控、适用性强，所制得的催化剂能够高效活化过氧化氢、过硫酸盐等氧化剂分子，为通过自由基参与的高级氧化反应降解水中有机污染物提供了有效途径。

为实现上述目的，本发明提供一种具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

1)将赤泥投入到酸性溶液中，搅拌、离心，取固体水洗、烘干，将烘干产物分散于去离子水中，得到赤泥悬浮液；

2)在赤泥悬浮液中加入含碳有机分子和氧化石墨类材料，搅拌混匀，离心水洗，取固体烘干，得到赤泥混合催化剂；

3)将赤泥混合催化剂在惰性气氛下高温煅烧，冷却后即得具有磁分离性能的石墨类材料改性赤泥基类芬顿催化剂。