微波活化煤基炭耦合Fe制造技術

本發明專利技術涉及一種微波活化煤基炭耦合Fe

Microwave activated carbon based coupling of coal Fe

The invention relates to a microwave activated coal based carbon coupling Fe

【技術實現步驟摘要】
微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑及其制備方法
本專利技術屬于仿酶催化劑
具體涉及一種微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑及其制備方法。
技術介紹
有機廢水是一類廣泛存在的以多/雜環芳烴為主的水污染物，如印染、焦化廢水等，由于排放量大、色度深、成分復雜、毒性大以及難生化降解，已成為重點環境污染源之一。目前最常用的處理方法有生物法、物理法和化學法。常規的生物法雖處理成本低，但處理過程緩慢、占地面積大且不能保證出水的達標排放；物理法中的吸附技術是去除污染物最為簡單和高效的方法之一，但吸附材料吸附后難脫附、重復利用率低且分離困難；化學法中的傳統的均相Fenton氧化法雖然操作簡單、反應速率快，但存在Fenton試劑消耗較大、鐵離子易流失而造成水中色度的增加、生成大量鐵泥且催化劑不能回收利用和運行成本高等問題。非均相Fenton體系是采用將鐵氧體或者鐵離子固定到載體上的物質為催化劑，作為鐵氧體的一種，Fe3O4既具有超順磁性、結構穩定以及易磁分離等特點，同時具有天然的過辣根過氧化物酶催化活性，可以催化H2O2分解產生具有高氧化活性的·OH，用于處理有機污染物。然而高表面能和磁性作用使納米Fe3O4極易發生團聚，減少活性表面，導致催化活性的損失。需要尋求廉價易得的載體既能抑制Fe3O4團聚現象，也能提高催化劑活性。目前鐵氧體常用載體為碳納米管、膨潤土和活性炭等。其中碳納米管價格昂貴，工業應用受到限制；“一種采用仿酶型磁性催化劑再生處理有機廢水的方法”(CN104761081B)專利技術，采用膨潤土作為載體，雖然成本低廉，但膨潤土與有機污染物的親和性差，制得催化劑的活性低、降解速率慢。傳統活性炭制備方法為采用KOH高溫活化，可制得高比表面積的活性炭，如“KOH活化的活性炭在吸附去除水體中抗生素類藥物方面的應用”(CN102153162B)專利技術，采用KOH高溫活化制得高比表面積的活性炭，但該方法存在活化時間長、能耗高及產率低等問題，同時沒有解決高溫單質鉀逸出帶來的安全問題且沒有回收KOH再利用。“一種超級活性炭的制備方法”(CN101993071B)專利技術，雖然解決高溫單質鉀逸出帶來的安全問題及回收KOH再利用，但高壓條件下進行活化對設備要求高。微波輻射法作為一種新型加熱方式，采用微波制備活性炭升溫速率快、能耗低、活化時間短且比表面積大，擁有巨大應用前景，如“一種提高焦炭吸附性的方法”(CN101816919B)專利技術，以CO2為活化劑在微波條件下活化，制得活性炭的孔隙率大幅提高，但以微孔為主，不利于吸附有機污染物，且活化溫度高、時間長、高壓、工藝復雜和設備要求高。“一種用于脫除芘的煤基活性炭的微波輻射制備方法”(CN103896269B)專利技術，以KOH為活化劑在微波條件下活化，制得高比表面積活性炭，但以無煙煤為原料進行活化，存在炭化過程，使得活化時間較長、活化劑用量大且未能回收KOH，導致資源浪費和二次污染。這些結果得到的活性炭比表面積過高，更多的用于吸附處理廢水中有機物，而不適合作為催化劑的載體。
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、成本低和產率高的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑的制備方法，用該方法制備的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑處理有機廢水時間短、高效、易磁分離、使用壽命長且環境友好。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案的具體步驟是：步驟一、將煤基炭破碎，干燥，篩分，即得粒徑為0.037～0.147mm的煤基炭；再按KOH∶所述煤基炭的質量比為(1～2)∶1配料，混合均勻，即得混合料。步驟二、將所述混合料加入到石英反應器中，再將所述石英反應器安裝在微波發生裝置中，通氮氣10～15min；然后開啟所述微波發生裝置，以150～200℃/min的升溫速率升溫至500～700℃，活化4～12min，得到活化煤基炭I。步驟三、將所述活化煤基炭I冷卻至60～90℃，再通入水蒸氣，通入水蒸氣的流量為0.8～1.2L/min，通入水蒸氣的時間為10～15min，得到活化煤基炭II。步驟四、按所述活化煤基炭II∶除氧去離子水的質量比為1∶(50～100)，將所述活化煤基炭II與除氧去離子水混合均勻，在60～100r/min的條件下攪拌10～20min，靜置5～10min，得到上層KOH溶液和下層沉淀物。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，然后置于105℃干燥箱中干燥4～6h，得到改性煤基炭。步驟五、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去離子水的質量比為(3～7)∶1∶(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℃的條件下，以500～1000r/min的轉速攪拌20～30min，得到懸浮液。步驟六、按NaNO3∶NaOH∶除氧去離子水的質量比為(0.6～1)∶1∶(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，制得微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑。所述煤基炭為塊焦、粉焦、半焦和煤矸石中的一種。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。所述真空干燥箱的真空度為600～800Pa。由于采用上述技術方案，本專利技術具有以下優點：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、本專利技術采用微波在500～700℃條件下活化，既保證熔融狀態的KOH與煤基炭充分接觸，避免產生鉀蒸汽，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，成本低且易實現工業化。3、本專利技術所制備的中間產物改性煤基炭的比表面積為142～416m2/g，產率為70.28～82.36％，其比表面積適中，產率高。4、本專利技術所制備的微波活化煤基炭耦合Fe3O4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。微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑含有改性煤基炭和Fe3O4晶體。微波活化煤基炭耦合Fe3O4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。5、本專利技術所制備的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑的產率為94.45～98.96％，飽和磁化強度為48.74～86.41emu/g，易于磁分離，解決了催化劑分離難題。6、本專利技術所制備的微波活化煤基炭耦合Fe3O4仿酶催化劑對有機廢水處理時間短、效果顯著和使用壽命長：多/雜環芳烴降解的去除率為95.46～99.03％，COD降至18～51mg/L；處理后的水質能達到工業用水再生水標準(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，所制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微波活化煤基炭耦合Fe

【技術特征摘要】
1.一種微波活化煤基炭耦合Fe3O4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、將煤基炭破碎，干燥，篩分，即得粒徑為0.037~0.147mm的煤基炭；再按KOH∶所述煤基炭的質量比為(1~2)∶1配料，混合均勻，即得混合料；步驟二、將所述混合料加入到石英反應器中，再將所述石英反應器安裝在微波發生裝置中，通氮氣10~15min；然后開啟所述微波發生裝置，以150~200℃/min的升溫速率升溫至500~700℃，活化4~12min，得到活化煤基炭I；步驟三、將所述活化煤基炭I冷卻至60~90℃，再通入水蒸氣，通入水蒸氣的流量為0.8~1.2L/min，通入水蒸氣的時間為10~15min，得到活化煤基炭II；步驟四、按所述活化煤基炭II∶除氧去離子水的質量比為1∶(50~100)，將所述活化煤基炭II與除氧去離子水混合均勻，在60~100r/min的條件下攪拌10~20min，靜置5~10min，得到上層KOH溶液和下層沉淀物；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，然后置于105℃干燥箱中干燥4~6h，得到改性煤基炭；步驟五、按FeSO4·7H2O∶所述改性煤基炭∶除氧去離子水的質量比為(3~7)∶1∶(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℃的條件下，以500~1000r/min的轉速攪拌20~30min，得到...

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