一種磁性仿酶催化劑及其制備方法和應用方法技術

本發明專利技術涉及一種磁性仿酶催化劑及其制備方法和應用方法。其技術方案是：將煤基炭與KOH溶液混勻，于105℃下真空處理1~2h；置于微波發生裝置，在300~700℃條件下活化；冷卻，加除氧去離子水，攪拌，靜置，得上層KOH回收液和下層沉淀物；取下層沉淀物洗滌，干燥，得改性煤基炭；將FeSO

Magnetic mimic enzyme catalyst, preparation method and application method thereof

The invention relates to a magnetic mimic enzyme catalyst, a preparation method and an application method thereof. The technical scheme is: coal based carbon and KOH solution mixed in 1~2h vacuum treatment at 105 DEG C; a microwave generating device, activated at 300~700 deg.c; cooling, deaerator deionized water, stirring, standing, upper and lower to KOH liquid precipitate; taking the lower sediment washing, drying, too the modified coal based activated carbon; FeSO

【技術實現步驟摘要】
一種磁性仿酶催化劑及其制備方法和應用方法
本專利技術屬于磁性仿酶催化劑
具體涉及一種磁性仿酶催化劑及其制備方法和應用方法。
技術介紹
有機廢水因其結構復雜、濃度高、難生化降解而難以處理。而這類有機污染物大多具有毒害作用或屬于致癌物質，若排入水體，會對環境和人類健康造成極大危害，故需要對有機廢水進行深度處理，以實現廢水的再生循環利用。活性污泥法是一個應用比較普遍而且比較有效的方法。但活性污泥法對有機廢水中的色度、COD等降解效果有限，不僅難以達到再生水循環利用的標準，甚至不能達標排放。Fenton法雖然能有效降解有機廢水，但存在催化降解效率低、pH適用范圍窄、鐵泥量大、成本高等問題。類Fenton技術作為一種新型技術，可以高效催化降解廢水中有機污染物，如“一種類Fenton催化劑的制備方法及用途”（CN105312055A）專利技術，所制備的Co(OH)2/Cu2O復合物催化劑雖對甲基橙廢水有良好的催化降解效果，但存在催化劑難回收等問題；Fe3O4因既具有超順磁性，同時具有天然的過辣根過氧化物酶催化活性，可用于制備類Fenton催化劑，“一種多相磁性類Fenton-光催化劑及其制備方法和應用”（CN105032423A）專利技術，所制備的Fe3O4@SiO2@TiO2催化劑雖對亞甲基藍廢水有很高的去除率，且催化劑具有磁性，易磁分離回收，但存在催化劑制備復雜，降解過程需要光照條件，沒有充分利用Fe3O4的催化功能。由于納米Fe3O4容易團聚，需要負載于載體上避免團聚，“多壁碳納米管負載納米四氧化三鐵催化劑及其制備方法與應用”（CN102671661B）專利技術，所制備的Fe3O4-MWCNTs催化劑雖對亞甲基藍廢水降解效果顯著、能有效解決團聚問題和催化劑易磁分離回收，但作為載體碳納米管價格昂貴、催化劑制備條件復雜，不適用于治理工業有機廢水。“降解POPs的Fe3O4/Fe0/焦炭仿酶催化劑及其制備方法”（CN105148915A）專利技術，所制備的Fe3O4/Fe0/焦炭雖對POPs廢水有很好的處理效果且載體價廉易得，但工藝復雜和試劑昂貴，導致催化劑制備成本高，實用性受到限制。盡管類Fenton技術的研究引起人們的廣泛關注，但對有機廢水等難降解的工業廢水再生處理的應用研究鮮有報道。
技術實現思路
本專利技術旨在克服已有技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單、操作性強、成本低和產率高的磁性仿酶催化劑的制備方法；用該方法制備的磁性仿酶催化劑處理工業有機廢水時間短、效率高、易磁分離、使用壽命長和環境友好。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案的具體步驟是：步驟一、按煤基炭∶KOH溶液的質量比為1∶（10~50）配料，混合均勻，即得混合料；再將所述混合料加入石英反應器中，在105℃條件下于真空干燥箱中干燥1~2h，得到預活化煤基炭。步驟二、將所述預活化煤基炭置于微波發生裝置中，通氮氣10~15min；再開啟所述微波發生裝置，在300~700℃條件下活化2~6min，冷卻至60～90℃，得到活化煤基炭。步驟三、按所述活化煤基炭∶除氧去離子水的質量比為1∶（50~100），將所述活化煤基炭與除氧去離子水混合均勻，在60~100r/min條件下攪拌10~20min，靜置5~10min，得到上層KOH回收液和下層沉淀物。將所述下層沉淀物用0.1mol/L鹽酸洗滌2~3次，再用除氧去離子水洗滌至pH值為6~7，然后于105℃條件下干燥4~6h，得到改性煤基炭。步驟四、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去離子水的質量比為1∶（0.6~1.4）∶（50~100），將FeSO4·7H2O、所述改性煤基炭和除氧去離子水混合均勻，再置于反應釜中，在氮氣氣氛和90~95℃條件下，以500~1000r/min的轉速攪拌20~30min，得到懸浮液。步驟五、按NaNO3∶NaOH∶除氧去離子水的質量比為1∶（1~1.4）∶（50~100），將NaNO3、NaOH和除氧去離子水混合均勻，得到混合液。然后在500~1000r/min的攪拌條件下，按所述混合液∶所述懸浮液的質量比為1∶（1~1.1），將所述混合液以0.01L/min流量滴入所述懸浮液中，持續攪拌30~60min，再于磁場中靜置5~10min。取下層磁性沉淀物，將所述下層磁性沉淀物用除氧去離子水和無水乙醇交替洗滌至pH值為6~7，最后在80~85℃條件下于真空干燥箱中干燥4~6h，即得磁性仿酶催化劑。所述的煤基炭為塊焦、粉焦、半焦和煤矸石中的一種。所述KOH溶液的濃度為2.5mol/L。所述真空干燥箱的真空度為600~800Pa。所述微波發生裝置的功率為200~600W。所述磁場的磁場強度為0.1~0.3T。所述磁性仿酶催化劑的應用方法是：按所述磁性仿酶催化劑∶有機廢水的質量比為（0.8~1.6）∶100，將所述磁性仿酶催化劑和有機廢水加入到反應池中，調pH值至2~6；再按H2O2∶所述有機廢水的質量比為（0.2~0.6）∶100，將H2O2加入到所述反應池中，在10~50℃條件下以1000~2000r/min攪拌30min，處理后的有機廢水的COD和色度即達國家工業再生水質標準。所述有機廢水為獨立焦化廠二級生化出水、鋼鐵聯合焦化廠二級生化出水、農藥廠二級生化出水、印染廠二級生化出水中的一種；所述有機廢水的COD為400~2000mg/L，色度為500~2500倍。由于采用上述技術方案，本專利技術與現有技術相比具有以下優點：1、本專利技術所用的煤基炭固定碳含量高、強度高和灰分低，是一種價廉易得的催化劑載體材料，故制備成本低。2、本專利技術采用煤基炭與KOH溶液混合，并在真空條件下預活化，既避免煤基炭與固體KOH研磨混合不均勻，也明顯縮短后續微波活化時間。3、本專利技術采用微波在300~700℃下活化，避免活化過程中產生鉀蒸汽，還可回收KOH循環利用。該方法升溫速率快、能耗低、活化時間短、活化劑用量少和操作簡便安全，易實現工業化。4、本專利技術所制備的中間產物改性煤基炭的比表面積為256~497m2/g，產率為63.11~72.97%，改性煤基炭的產率高。5、本專利技術所制備的磁性仿酶催化劑中Fe3O4分散負載于改性煤基炭上，沒有明顯的團聚現象。磁性仿酶催化劑中改性煤基炭含氧官能團豐富，與有機污染物的親和性好。磁性仿酶催化劑具有超順磁性。6、本專利技術所制備的磁性仿酶催化劑產率為95.37~99.16%，飽和磁化強度為54.63~88.14emu/g，其中Fe3O4的平均粒徑為36~49nm，易于磁分離，解決了催化劑分離難題。7、本專利技術所制備的磁性仿酶催化劑在pH值為2~6較寬的范圍內對工業有機廢水有良好的降解效果，解決了傳統Fenton法pH值適用范圍窄的局限性。應用結果顯示：色度降至5~30倍，COD降至18~49mg/L，處理后的水質能達到工業用水再生水標準（色度≤30倍，COD≤60mg/L）。因此，本專利技術具有工藝簡單、操作性強、成本低和產率高的特點，所制備的磁性仿酶催化劑處理工業有機廢水時間短、效率高、易磁分離、使用壽命長且環境友好。附圖說明圖1為本專利技術制備的一種磁性仿酶催化劑的SEM圖；圖2為圖1所示磁性仿酶催化劑的FTIR譜圖；圖3為圖1所示磁性仿酶催化劑的VSM圖。具體實施方式下面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁性仿酶催化劑的制備方法，其特征在于所述制備方法的具體步驟是：步驟一、按煤基炭∶KOH溶液的質量比為1∶（10~50）配料，混合均勻，即得混合料；再將所述混合料加入石英反應器中，在105℃條件下于真空干燥箱中干燥1~2h，得到預活化煤基炭；步驟二、將所述預活化煤基炭置于微波發生裝置中，通氮氣10~15min；再開啟所述微波發生裝置，在300~700℃條件下活化2~6min，冷卻至60～90℃，得到活化煤基炭；步驟三、按所述活化煤基炭∶除氧去離子水的質量比為1∶（50~100），將所述活化煤基炭與除氧去離子水混合均勻，在60~100r/min條件下攪拌10~20min，靜置5~10min，得到上層KOH回收液和下層沉淀物；將所述下層沉淀物用0.1mol/L鹽酸洗滌2~3次，再用除氧去離子水洗滌至pH值為6~7，然后于105℃條件下干燥4~6h，得到改性煤基炭；步驟四、按FeSO

【技術特征摘要】
1.一種磁性仿酶催化劑的制備方法，其特征在于所述制備方法的具體步驟是：步驟一、按煤基炭∶KOH溶液的質量比為1∶（10~50）配料，混合均勻，即得混合料；再將所述混合料加入石英反應器中，在105℃條件下于真空干燥箱中干燥1~2h，得到預活化煤基炭；步驟二、將所述預活化煤基炭置于微波發生裝置中，通氮氣10~15min；再開啟所述微波發生裝置，在300~700℃條件下活化2~6min，冷卻至60～90℃，得到活化煤基炭；步驟三、按所述活化煤基炭∶除氧去離子水的質量比為1∶（50~100），將所述活化煤基炭與除氧去離子水混合均勻，在60~100r/min條件下攪拌10~20min，靜置5~10min，得到上層KOH回收液和下層沉淀物；將所述下層沉淀物用0.1mol/L鹽酸洗滌2~3次，再用除氧去離子水洗滌至pH值為6~7，然后于105℃條件下干燥4~6h，得到改性煤基炭；步驟四、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去離子水的質量比為1∶（0.6~1.4）∶（50~100），將FeSO4·7H2O、所述改性煤基炭和除氧去離子水混合均勻，再置于反應釜中，在氮氣氣氛和90~95℃條件下，以500~1000r/min的轉速攪拌20~30min，得到懸浮液；步驟五、按NaNO3∶NaOH∶除氧去離子水的質量比為1∶（1~1.4）∶（50~100），將NaNO3、NaOH和除氧去離子水混合均勻，得到混合液；然后在500~1000r/min的攪拌條件下，按所述混合液∶所述懸浮液的質量比為1∶（1~1.1），將所述混合液以0.01L/min流量滴入所述懸浮液中，持續攪拌30~60min，再于磁場中靜置5~10min；取下層磁性...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王光華，魏曉幣，李文兵，萬棟，鄧萌，黃慧，盧露露，邵秋桐，王晴東，余瑩，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42