[发明专利]一种用于水处理的芬顿催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及水处理和芬顿催化剂技术领域，具体涉及一种用于水处理的多孔型非均相芬顿催化剂，由氧化铈改性的介孔铁氧化物颗粒、多孔载体、磁性铁尖晶石或铁铝尖晶石、活性氧化铝、偶氮二甲酸钡颗粒、缓释造孔剂以及任选的高温粘结剂等组分为主要原料，经黏合溶液黏合、制粒，再经热成型、负载等步骤制备得到。本发明制备的芬顿催化剂颗粒具有较高的孔隙率、催化活性和机械强度，适用于芬顿反应处理有机废水。

技术领域

本发明涉及水处理和芬顿催化剂技术领域，具体涉及一种多孔材料负载的非均相芬顿催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芬顿氧化技术是常用的废水处理技术，其通过催化过氧化氢分解产生高活性的羟基自由基，而羟基自由基具有高氧化性、非特异选择性，能够有效降解多种生物难降解的有机污染物。因此芬顿氧化可有效降解废水中有机物，是一种环境友好的废水处理技术。但普通的芬顿氧化存在着催化剂无法重复利用、反应速率慢、过氧化氢利用率不高，以及副产铁泥、后处理成本高等缺陷。

非均相芬顿技术是基于普通芬顿技术发展而来的高级水处理技术，其借助高效的负载型芬顿催化剂解决了上述芬顿氧化技术的缺陷。借助高效的负载型芬顿催化剂，污染物转化为可生物降解的低分子物质或二氧化碳、水等，无污泥产生，且不产生二次污染，是一种很有前景的处理有机废水的氧化技术。但是，目前开发的非均相芬顿催化剂大多为含铁氧化物催化组分的负载型固体，由于铁氧化物本身的磁性及纳米颗粒性导致容易团聚，不利于活性位点的均匀分布，导致降解速率不高。另外，非均相芬顿催化剂处理污染物的反应发生在固相与液相的接触界面，作为催化剂的载体的通常为天然多孔材料，孔隙小且孔隙率不高，在较大的流体压力下，两相反应界面传质阻力较大，反应效率较低；而且催化剂本身的稳定性差，不能够长期连续或循环利用，需要频繁更新，导致成本增加。现有技术无法完全规避上述缺陷。

现有技术中，专利申请CN103285887A公开了一种硅藻土负载固体超强酸类Fenton催化剂的制备方法，采用0 .1～1mol/L无机酸浸渍10～14h对天然硅藻土进行酸化处 理，以200～400℃的温度活化1～4h得到活化天然硅藻土，在400～600℃的温度焙烧1～6h 进行前驱体的热处理，得到硅藻土负载固体超强酸类Fenton催化剂。

CN 105688917 A公开了一种多孔陶粒芬顿催化剂及其制备方法，包括以下步骤 ：(1) 按重量份，以市政污泥20-60份、粘土10-20份、高岭土10-20份、粉煤灰10-20份、硅源2-5份、含铜化合物2-5 份，含铁化合物 2-5份为原料；将原料中的各组分混匀，再经挤压得陶粒坯料；硅源为水玻璃、气相二氧化硅和硅粉中的一种或几种；(2)将陶粒坯料干燥后烧结，冷却，得到多孔陶粒载体；所述烧结是将干燥后的陶粒坯料先升温至300-600℃下保温10-40min，再升温至950-1150℃，保温 10-40min。 该专利采用高温烧结得到多孔陶粒，熔融体容易导致大量的孔隙被封闭，无法提高催化效率，且市政污泥组分不明，不能作为稳定高效的催化剂制备来源。

CN1147356A中将催化剂浆液喷雾干燥，预焙烧5小时，涂覆在氧化铝载体上，于390℃焙烧5小时得到成品球形催化剂。CN 114011416A公开了一种多孔材料负载多金属复合型类芬顿催化剂、其制备方法及应用，包括多孔材料及负载的金属氧化物，所述金属氧化物中氧化铁所占的摩尔百分数为 50％以上。

综合来看，现有的负载型非均相芬顿催化剂通常存在如下的某一方面或一系列缺陷：

1）现有的多孔材料负载金属类芬顿催化剂均为借助多孔材料本身的结构特点，使得其比表面积受限，无法暴露更多的反应接触面，进而无法提供更多的催化活性位点。

2）由于催化剂成型方法主要为中温焙烧（由于一千摄氏度度左右的高温煅烧明显降低催化组分活性，因此焙烧温度通常在六百摄氏度左右），尽管所制得的催化剂孔结构、比表面积多种多样，但是机械强度普遍较差，尤其是长期运行反应过程中由于废水等流体流动产生的压力下容易碎裂，进而影响流体的均匀流动和稳定的催化性能。