申请日2016.06.24
公开(公告)日2016.10.26
IPC分类号B01J27/053; C02F9/14; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种草黄铁矾催化剂的制备方法，并将该催化剂与生物电、过硫酸盐结合构建生物类电‑芬顿体系，用于处理有机废水。本发明以硫酸亚铁为前驱体，通过调节pH，主要利用空气的氧化作用得到草黄铁矾催化剂，其制备条件温和，方法简单，制备的草黄铁矾催化剂具有活性高、价格低廉，金属溶出低等优点。采用本发明以草黄铁矾为催化剂的生物类电‑芬顿体系处理废水中难降解有机污染物，处理效率高，能耗低，系统操作管理方便。
摘要附图
权利要求书
1.一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先用去离子水将FeSO4·7H2O溶解，其中，FeSO4·7H2O与去离子水的用量比为1g:12mL;然后用碱溶液将pH调节至9-10;
(2)静置陈化16-24h，倾去上清液;
(3)加入与步骤(1)质量相等的FeSO4·7H2O，并加入与步骤(2)弃去的上清液等体积的去离子水，然后用硫酸溶液调节pH至4-5;
(4)将步骤(3)得到的溶液置于40-42℃的恒温水浴中，同时通入空气并滴加H2O2水溶液，滴加至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，抽滤出固体，然后在60-100℃下烘干，即得到草黄铁矾催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于：所述的H2O2水溶液中H2O2的体积百分比浓度为10%。
3.根据权利要求2所述的一种草黄铁矾催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中滴加H2O2水溶液的时间为2-3h。
4.一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：室温下，将有机废水置于非均相活化反应器中，加入过一硫酸盐、电解质和权利要求1制备出的草黄铁矾催化剂，然后调节pH为3-9，以单室微生物燃料电池取代传统直流电源进行供电，通电后在室温下反应，电流密度为25-100mA/m2。
5.根据权利要求4所述的一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，其特征在于：所述的过一硫酸盐的浓度为2.5-7.5mM。
6.根据权利要求4所述的一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，其特征在于：所述草黄铁矾催化剂的浓度为0.25-0.75g/L。
7.根据权利要求4所述的一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，其特征在于：所述的电解质为硫酸钠，其浓度为50mM。
说明书
草黄铁矾催化剂的制备及生物类电-芬顿体系处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种草黄铁矾催化剂的制备方法，及草黄铁矾催化剂结合生物类电-芬顿体系在处理有机废水中的应用，属于污水处理领域。
背景技术
在我国，印染废水排放量大，有机污染物含量高，种类复杂。由于废水中的有机污染物化学结构稳定、毒性大，因此，传统的物化法、化学法和生物法及其相关组合方法，均难以达到令人满意的处理效果。
高级氧化技术通过产生高活性的自由基，攻击有机污染物，从而实现对难降解有机污染物的分解。基于硫酸根自由基的类电-芬顿技术属于高级氧化技术的一种，对污染物的处理效果好，并具有一定的选择性，成为近年来发展起来的一种有毒有机污染物氧化降解的新技术。在该技术中，催化剂无疑是影响处理效率的关键因素，根据催化剂的形态划分，其主要有均相和非均相催化剂两种，非均相催化剂因便于分离，且可以重复利用，从而降低污水处理成本，因而应用更为广泛。类电-芬顿技术的主要不足在于需提供外加电源，这无疑加大了该技术处理废水的能耗。
微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物作催化剂产生电能，将生物质能转化为电能的新方法，其将底物直接转化为电能，在理论上避免了中间过程对能量的消耗，具有很高的转化率，与其他燃料相比，在电力设备、航空、移动装置、环保等众多领域均存在很大的优势和很好的发展前景。利用MFC提供类电-芬顿过程所需的电能，可构建一种新型的生物类电-芬顿体系。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种活性高、价格低廉、金属溶出低的催化剂的制备方法，构建生物类电-芬顿体系，并应用于有机废水的处理。
本发明提供的技术方案具体如下：
一种草黄铁矾催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先用去离子水将FeSO4·7H2O溶解，其中，FeSO4·7H2O与去离子水的用量比为1g:12mL;然后用碱溶液将pH调节至9-10;
(2)静置陈化16-24h，倾去上清液;
(3)加入与步骤(1)质量相等的FeSO4·7H2O，并加入与步骤(2)弃去的上清液等体积的去离子水，然后用硫酸溶液调节pH至4-5;
(4)将步骤(3)得到的溶液置于40-42℃的恒温水浴中，同时通入空气并滴加H2O2水溶液，滴加至溶液呈橙黄色浑浊状时停止反应，抽滤出固体，然后在60-100℃下烘干，即得到草黄铁矾催化剂。
所述的H2O2水溶液中H2O2的体积百分比浓度为10%。
步骤(4)中滴加H2O2水溶液的时间为2-3h。
一种利用生物类电-芬顿体系处理有机废水的方法，包括以下步骤：室温下，将有机废水置于非均相活化反应器中，加入过一硫酸盐、电解质和上述方法制备出的草黄铁矾催化剂，然后调节pH为3-9，以单室微生物燃料电池取代传统直流电源进行供电，通电后在室温下反应，电流密度为25-100mA/m2。
所述的过一硫酸盐的浓度为2.5-7.5mM。
所述草黄铁矾催化剂的浓度为0.25-0.75g/L。
所述的电解质为硫酸钠，其浓度为50mM。
本发明和现有技术相比具有的有益效果：(Journal of Hazardous Materials177(2010)487-494.)
1、本发明的催化剂以硫酸亚铁为前驱体，通过调节pH，主要利用空气的氧化作用得到草黄铁矾催化剂，其制备条件温和，方法简单，制得的催化剂活性高，成本低廉，金属溶出低，金属溶出率在0.9%以下，溶出浓度在1.6mg/L以下。
2、本发明的生物类电-芬顿体系，以生物电代替传统电源驱动类电-芬顿反应，进一步降低了整个体系的电耗。采用本发明催化剂构成的生物类电-芬顿体系处理偶氮染料AO7的模拟废水，处理效果好，系统能耗低，流程简单，操作简便，具有很好的实际应用前景。
