申请日2017.08.01
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号B01J23/745; C25B1/28; C25B11/06; C02F1/461; C02F1/72; C02F101/30
摘要
本发明提供一种电芬顿催化剂，按照以下步骤制得：A)将富含铁盐的污泥烘干，得到前驱体;B)将前驱体在保护性气体气氛下加热裂解，得到裂解物;C)将裂解物浸入酸溶液中清洗、干燥后，得到电芬顿催化剂。本发明通过将城市污水处理过程中产生的污泥废弃物进行再加工处理得到高效的电芬顿阴极催化剂，可以在无需外源投加铁离子及H2O2的条件下，通过催化剂自身带有的铁离子，与电极自身催化还原氧气产生的H2O2反应产生·OH自由基，来高效矿化降解有机污染物，实现了污泥的资源化利用。本发明还提供了一种阴极和污水处理的方法。
权利要求书
1.一种电芬顿催化剂，按照以下步骤制得：
A)将富含铁盐的污泥烘干，得到前驱体;
B)将前驱体在保护性气体气氛下加热裂解，得到裂解物;
C)将裂解物浸入酸溶液中清洗、干燥后，得到电芬顿催化剂。
2.根据权利要求1所述的电芬顿催化剂，其特征在于，所述烘干的温度为90～120℃。
3.根据权利要求1所述的电芬顿催化剂，其特征在于，所述保护性气体包括NH3、N2或Ar。
4.根据权利要求1所述的电芬顿催化剂，其特征在于，所述裂解的温度为600～800℃;
所述裂解的时间为2～6小时。
5.根据权利要求1所述的电芬顿催化剂，其特征在于，所述酸溶液优选为HCl溶液、HF溶液或HClO4溶液;
所述酸溶液的质量浓度为5～20%。
6.一种阴极，包括导电基底和负载在导电基底上的催化剂;
所述催化剂为权利要求1～5任意一项所述的电芬顿催化剂。
7.根据权利要求6所述的阴极，其特征在于，所述催化剂通过以下步骤负载到导电基底上：
将催化剂、体积分数50～100%的醇溶液和体积分数为1～5%的Nafion溶液混合，得到的混合溶液涂覆与导电基底表面，烘干后得到阴极。
8.一种污水处理方法，包括以下步骤：
在工作电极、对电极和参比电极插入污水，在工作电极上施加电位，并在污水中鼓入空气，降解污水中的污染物;
所述工作电极为权利要求6或7中的阴极。
9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于，所述施加的电位为0.25～0.45V。
10.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于，所述空气的鼓气量为50～500m3/(m3水·h)。
说明书
一种电芬顿催化剂、阴极及污水处理方法
技术领域
本发明属于城市污水处理技术领域，尤其涉及一种电芬顿催化剂、阴极及污水处理方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的不断加快和城市化水平的不断上升，城市水污染问题也日益严峻。根据中国统计年鉴(2016版)统计数据，2015年我国废水产生总量已经达到735亿立方米，它给城市环境卫生带来了巨大的负担和压力。因此，如何实现城市废水的高效经济处理就显得尤为重要。在城市废水的处理过程中，铁基混凝剂因廉价高效的特点，其使用非常广泛。但与此同时，也产生了大量的富含铁盐的化学污泥，如何妥善得处理处置这类化学污泥是保障城市水环境质量非常重要的内容。
富含铁盐的市政污泥可以作为H2O2活化的铁源，进而用于高级氧化工艺如电芬顿法来去除水体中的难降解有机污染物。但是，由于H2O2的制备成本较高且其储藏运输等存在着一定安全风险，若能实现H2O2的原位合成及利用则无疑可以极大地降低处理成本及环境风险。因此，若能以富含铁盐的污泥作为原材料，通过一定的手段调控合成新型的高效催化剂，原位合成H2O2的同时再原位活化H2O2，实现污染物的矿化去除，则不仅能大大降低高级氧化技术的运行成本，也可以实现新型的废弃物资源化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电芬顿催化剂、阴极及污水处理方法，本发明中的电芬顿催化剂能耗低、H2O2产率高、有机物矿化去除效果好，实现了污泥的资源化利用。
本发明提供一种电芬顿催化剂，按照以下步骤制得：
A)将富含铁盐的污泥烘干，得到前驱体;
B)将前驱体在保护性气体气氛下加热裂解，得到裂解物;
C)将裂解物浸入酸溶液中清洗、干燥后，得到电芬顿催化剂。
优选的，所述烘干的温度为90～120℃。
优选的，所述保护性气体包括NH3、N2或Ar。
优选的，所述裂解的温度为600～800℃;
所述裂解的时间为2～6小时。
优选的，所述酸溶液优选为HCl溶液、HF溶液或HClO4溶液;
所述酸溶液的质量浓度为5～20%。
本发行提供一种阴极，包括导电基底和负载在导电基底上的催化剂;
所述催化剂为上文所述的电芬顿催化剂。
优选的，所述催化剂通过以下步骤负载到导电基底上：
将催化剂、体积分数50～100%的醇溶液和体积分数为1～5%的Nafion溶液混合，得到的混合溶液涂覆与导电基底表面，烘干后得到阴极。
本发明提供一种污水处理方法，包括以下步骤：
在工作电极、对电极和参比电极插入污水，在工作电极上施加电位，并在污水中鼓入空气，降解污水中的污染物;
所述工作电极为上文中的阴极。
优选的，所述施加的电位为0.25～0.45V。
优选的，所述空气的鼓气量为50～500m3/(m3水·h)。
本发明提供一种电芬顿催化剂，按照以下步骤制得：A)将富含铁盐的污泥烘干，得到前驱体;B)将前驱体在保护性气体气氛下加热裂解，得到裂解物;C)将裂解物浸入酸溶液中清洗、干燥后，得到电芬顿催化剂。
本发明通过将城市污水处理过程中产生的污泥废弃物进行再加工处理得到高效的电芬顿阴极催化剂，可以在无需外源投加铁离子及H2O2的条件下，通过催化剂自身带有的铁离子，与电极自身催化还原氧气产生的H2O2反应产生·OH自由基，来高效矿化降解有机污染物，实现了污泥的资源化利用。与现有技术相比，采用本发明具有如下优点：
1、原材料为固体废弃物，极大得降低了成本;
2、获得的电催化剂O2还原的选择性及H2O2产率高;
3、负载有催化剂的电极，工作点位低，进一步降低了系统的处理能耗;
4、无需外源投加H2O2的活化剂，极大得节省了运行成本。
