[发明专利]一种非均相芬顿催化剂的制备方法及应用

说明书

本申请涉及一种非均相芬顿催化剂的制备方法及应用，该方法包括：将还原性铁粉、氯化亚铁、氯化铁、络合剂和第一溶剂进行共沉淀反应，得到负载四氧化三铁的铁基沉淀物，将所述负载四氧化三铁的铁基沉淀物熟化、冷却、过滤、洗涤、干燥，得到负载纳米四氧化三铁的铁基材料，将所述负载纳米四氧化三铁的铁基材料、过渡金属盐、钛酸四丁酯与第二溶剂通过溶胶凝胶法制备，得到非均相芬顿催化剂。使用该方法能提高溶液中铁离子的稳定性，避免铁离子产生沉淀，减少药剂投加量和含铁污泥产生量，在中性条件下实现催化，并实现催化剂的有效回收，降低成本。

技术领域

本申请涉及废水处理领域，具体涉及一种非均相芬顿催化剂的制备方法及应用。

背景技术

工业废水具有污染物浓度大、毒性高、难生物降解等特点，严重威胁着生态系统的安全和人类健康，随着我国水污染防治工作的逐步推进，污水处理排放要求逐渐提高，采取适当措施将化学量(COD)稳定控制在30mg/L以下排放范围，成为行业亟需解决的问题。

在水处理工艺设计中，为保证出水COD稳定达标，通常需要在二级生化处理之后设置Fenton氧化工艺等高级氧化深度处理工序。Fenton氧化法是在酸性条件下，向废水中添加H₂O₂和催化剂Fe²⁺构成氧化体系，生成强氧化能力的羟基自由基，在水溶液中与难降解的有机物生成有机自由基使之结构破坏，使其氧化分解，有效去除传统废水处理技术中难降解的有机物。

目前，Fenton氧化工艺在工业废水深度处理中得到了广泛应用，但传统Fenton氧化法也存在一些缺点：(1)处理高浓度污染物时H₂O₂的消耗量大，导致废水处理成本较高。(2)适用的pH值范围小，须在pH为3左右的条件下进行，处理后的水仍呈较强的酸性。(3)常规的Fenton试剂属于均相催化体系，出水中含有大量的铁离子，后续处理产生大量含铁污泥，易引起二次污染。近年来，非均相芬顿因pH值适应范围广，污泥产量小，处理效果好受到高度关注。专利号：CN201210388172.1提出了“一种非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用”，但仍存在络合剂稳定性差，嫁接的金属离子易流失的问题。CN202110374731.2提出了“一种调控铁基芬顿催化剂氧化活性物选择性生成的方法”，但存在pH值中性条件下催化剂催化效率低、无法实现催化剂循环利用的问题。因此，研发一种高催化活性、适应范围广、且稳定的非均相芬顿催化剂成为必要。

发明内容

为了克服传统芬顿氧化工艺的缺点，本申请实施例提供一种新型非均相芬顿催化剂的制备方法，在催化剂中构建酒石酸盐-EDTA-Fe络合物体系，提高了铁的稳定性，避免了铁离子产生氢氧化铁沉淀，拓宽了芬顿反应适应的pH值范围。以零价还原性铁粉为基体，在催化剂中形成Fe⁰和Fe³⁺的氧化还原反应，促进三价铁离子循环，增加催化剂的使用效率。通过溶液凝胶法嫁接过渡金属离子，过渡金属离子与铁基载体结合紧密、不易流失，提高了催化剂稳定性和催化效率。

为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的一个技术方案是：

第一方面，本申请实施例提供一种非均相芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：将还原性铁粉、氯化亚铁、氯化铁、络合剂和第一溶剂进行共沉淀反应，得到负载四氧化三铁的铁基沉淀物；将所述负载四氧化三铁的铁基沉淀物熟化、冷却、过滤、洗涤、干燥，得到负载纳米四氧化三铁的铁基材料；将所述负载纳米四氧化三铁的铁基材料、过渡金属盐、钛酸四丁酯与第二溶剂通过溶胶凝胶法制备，得到非均相芬顿催化剂。

优选地，所述还原性铁粉包括海绵铁粉、零价铁粉及硫化亚铁中的至少一种。

优选地，所述络合剂包括酒石酸盐-乙二胺四乙酸、酒石酸盐-二乙烯三胺五乙酸中的至少一种。