申请日2017.10.13
公开(公告)日2018.02.09
IPC分类号C02F1/28; B01J20/28; B01J27/24; C07C213/02; C07C215/76
摘要
本发明属于环保、化工领域，涉及一种由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法。原料为铁碳微电解法处理污水过程中产生的铁碳废渣，经过酸碱活化、高温烧结、共沉淀、烘干得到多孔材料吸附剂，用于吸附废水中重金属锑，吸附锑之后的吸附剂经过滤回收得含锑废渣，将含锑废渣经过烘干、煅烧工艺，制备成硝基还原催化剂，该催化剂对硝基还原反应有催化效果，可作为催化剂再次利用。利用本发明所制得的吸附剂可对污水具有较好的处理效果，后续制成的催化剂活性也很高，同时工艺简单、操作性强、能够满足行业要求，它是一种以废治废、变废为宝的资源化利用的过程，具有较好的应用前景。
权利要求书
1.一种由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，原料为铁碳微电解法处理污水过程中产生的铁碳废渣，经过酸碱活化、高温烧结、共沉淀、烘干得到多孔材料吸附剂，用于吸附废水中重金属锑，吸附锑之后的吸附剂经过滤回收得含锑废渣，将含锑废渣经过烘干、煅烧工艺，制备成硝基还原催化剂。
2.根据权利要求1所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，酸碱活化条件为：铁碳废渣用质量分数为5%～10%的NaOH水溶液浸泡，在40～60℃加热搅拌10～30min以除去表面的油污，然后用蒸馏水反复冲洗至中性;用体积分数为1%～10%的稀硫酸浸泡0.5～1h，去除表面的氧化成分，增大其表面面积和活性;酸化之后沉降1～4小时，上清液即含铁溶液倾出备用，残渣用去离子水反复冲洗至中性，真空干燥。
3.根据权利要求2所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，高温烧结条件为，残渣：三聚氰胺或尿素的质量比为0.1～1:5，煅烧温度为以3～7℃/min的速率升温至500～560℃，煅烧时间为3～5小时，制备成含活性碳粒的氮化碳材料。
4.根据权利要求3所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，将含活性碳粒的氮化碳材料与之前提取出的含铁溶液混合，用氨水共沉淀，得到具有多孔结构的C@C3N4@Fe2O3吸附剂。
5.根据权利要求1所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，废水中的锑浓度在50～200mg/L，废水的pH值为4～8，吸附剂用量为0.5～2g/L，吸附温度为25～40℃，振荡时间为1～4小时。
6.根据权利要求1所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，硝基还原催化剂为碳铁锑复合催化剂。
7.根据权利要求1所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，其特征在于，由回收的吸附剂制备硝基还原催化剂的方法：将磁分离回收的吸附剂，在70～90℃下烘干后，放在马弗炉中在200～350℃下煅烧1～5小时，使吸附的锑变成三氧化二锑，并与其他组分结合，形成复合氧化物，其结构为C@C3N4@Fe2O3·mSb2O3，即转变为硝基还原催化剂。
说明书
由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法
技术领域
本发明属于环保、化工领域，涉及一种由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法。
背景技术
铁碳微电解是水处理领域一种常用的方法，其原理是基于金属的电化学腐蚀原理，将具有一定导电性的废水充当电解质，废水中低电位的Fe和高电位的C产生电位差，在废水中形成无穷多个微小的原电池，从而产生电极反应，在反应过程中会形成电场，水中带电的污染物分子在电场力的作用下，移向相反电荷的电极，并吸附在电极表面上发生氧化还原反应，降解成小分子物质。电极反应的产物可与溶液中的污染物发生氧化还原反应，产生吸附、絮凝、沉淀等作用，从而达到去除污染物的目的。该方法的一个缺点就是会产生大量的污泥，这是一种含铁和惰性碳粒(例如：石墨、活性炭、煤等)的固体废弃物。它的处理及资源化利用是环保领域里的一个重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，利用本发明所制得的吸附剂可对污水具有较好的处理效果，后续制成的催化剂活性也很高，同时工艺简单、操作性强、能够满足行业要求。
本发明的技术方案为：
一种由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，原料为铁碳微电解法处理污水过程中产生的铁碳废渣，经过酸碱活化、高温烧结、共沉淀、烘干得到多孔材料吸附剂，用于吸附废水中重金属锑，吸附锑之后的吸附剂经过滤回收得含锑废渣，将含锑废渣经过烘干、煅烧工艺，制备成硝基还原催化剂。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，酸碱活化条件为：铁碳废渣用质量分数为5%～10%的NaOH水溶液浸泡，在40～60℃加热搅拌10～30min以除去表面的油污，然后用蒸馏水反复冲洗至中性;用体积分数为1%～10%的稀硫酸浸泡0.5～1h，去除表面的氧化成分，增大其表面面积和活性;酸化之后沉降1～4小时，上清液即含铁溶液倾出备用，残渣用去离子水反复冲洗至中性，真空干燥。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，高温烧结条件为，残渣：三聚氰胺或尿素的质量比为0.1～1:5，煅烧温度为以3～7℃/min的速率升温至500～560℃，煅烧时间为3～5小时，制备成含活性碳粒的氮化碳材料。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，将含活性碳粒的氮化碳材料与之前提取出的含铁溶液混合，用氨水共沉淀，得到具有多孔结构的C@C3N4@Fe2O3吸附剂。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，废水中的锑浓度在50～200mg/L，废水的pH值为4～8，吸附剂用量为0.5～2g/L，吸附温度为25～40℃，振荡时间为1～4小时。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，硝基还原催化剂为碳铁锑复合催化剂。
所述的由铁碳微电解废弃物处理污水并后续制备催化硝基还原催化剂的方法，由回收的吸附剂制备硝基还原催化剂的方法：将磁分离回收的吸附剂，在70～90℃下烘干后，放在马弗炉中在200～350℃下煅烧1～5小时，使吸附的锑变成三氧化二锑，并与其他组分结合，形成复合氧化物，其结构为C@C3N4@Fe2O3·mSb2O3，即转变为硝基还原催化剂。
本发明的设计思想是：
锑是一种有害污染物，经证实对人体和生物具有毒性及致癌性，由于人类活动及含锑化合物的广泛使用，使大量的锑进入环境，导致环境中锑浓度异常，近年来锑污染开始引起人们的重视。在我国的锑矿开采以及印染行业里，由于生产工艺落后，大量含锑废水未经任何处理直接排入地表水体，对当地水环境造成严重的污染，对附近居民身体健康造成严重的危害，迫切需要开发一些廉价、高效的锑污水处理技术。目前针对含锑废水的处理技术中以铁、锰等金属氧化物吸附效果为最佳，因此本发明基于“以废治废”的思路，将铁碳微电解产生的铁碳废渣进行适当的加工处理后，制备成为一种高效锑吸附剂，用于去除污水中的重金属锑。
芳香胺是制备染料、颜料、农药、聚合物、杀虫剂和药物的重要原料及中间体。获得芳胺的主要途径，是还原相应的芳硝基化合物，目前主要方法包括活泼金属还原法、催化加氢法以及水合肼还原法等等。其中，水合肼还原法副产物为氮气和水，具有安全环保的优点。由于吸附锑后的铁碳废渣对水合肼还原芳硝基化合物具有良好的活性，本发明将含锑的铁碳废渣二次利用，加工成催化剂，催化硝基还原反应。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明给出一种废弃物处理污水，并将其二次利用的方法，由水处理领域里产生的铁碳微电解废弃物加工成锑吸附剂，吸附后再将废渣二次加工成催化剂，并用于硝基还原反应，不仅以废治废，更实现“变废为宝”的资源化利用目标，具有较好的应用前景。
2、本发明用铁碳废渣制备锑吸附剂，制备的吸附剂吸附能力高，除污效果好，有磁性，吸附后可通过磁分离进行回收。
3、本发明处理污水后产生的含锑废渣用于制备成催化剂，将把吸附后的含锑废渣二次利用，加工成硝基还原催化剂。经实验证明，该催化剂对反应具有良好的催化效果，不仅对各种硝基化合物具有普适性，而且对于对硝基酚这种难还原的化合物的还原反应也具有良好活性，反应控制在1h以内均能反应完全。而且该催化剂重复利用性高，可多次循环使用，具有磁性，便于磁分离回收。
