申请日2012.08.13
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号B01J23/745; C02F1/72; B01J35/10
摘要
本发明提供一种用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的制备方法，步骤如下：1)在水浴搅拌条件下，把弱碱溶液滴加到三价铁盐溶液中，控制OH-/Fe3+=0.9~1.1，将产物在室温下老化，制备得到聚合羟基铁溶液;2)将经8~15年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，加入到上述聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入2~8g矿化垃圾搅拌30~100min，得到的产物经洗涤过滤后，在60-90℃下烘干，研磨，过50~100目筛，最后在400~450℃下煅烧2~3h，得到表面负载有氧化铁的矿化垃圾。利用矿化垃圾这种废弃物经多年微生物作用后形成的多孔材料为载体，在其表面负载催化剂，廉价易得。
权利要求书
1.一种用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的制备方法，其特征 在于：步骤如下：
1)在15~25℃水浴搅拌条件下，把弱碱溶液滴加到三价铁盐溶液中， 控制OH-与Fe3+摩尔比为0.9~1.1，将产物在室温下老化24~48小时，制备 得到聚合羟基铁溶液;
2)将经8~15年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，过50~100目筛，加入到 上述聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入2~8g矿化垃圾，搅 拌30~100min，得到的产物经洗涤过滤后，在60-90℃下烘干，研磨，过 50~100目筛，最后在400~450℃下煅烧2~3h，得到表面负载有氧化铁的 矿化垃圾。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的 制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的弱碱溶液浓度为0.4~0.5mol/L; 三价铁盐溶液浓度为0.2~0.4mol/L。
3.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的 制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的弱碱为Na2CO3。
4.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的 制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的三价铁盐包括Fe(NO3)3或FeCl3。
说明书
一种用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及环境污染控制新材料领域，尤其涉及一种利用矿化垃圾制备水处 理材料的方法。
背景技术
芬顿(Fenton)试剂一般是指Fe2+和H2O2构成的氧化体系，由法国科学家 H.J.H.Fenton于1894年发明，是一种不需要高温高压，而且设备简单的化学氧 化水处理技术。早期芬顿试剂主要应用于有机分析化学和有机合成反应，1964 年，Eisenhouser首次将芬顿反应作为废水处理的技术运用，并在苯酚及烷基苯 废水处理实验中获得成功。传统的芬顿反应会造成铁离子流失，为解决这个问 题，逐步发展起非均相芬顿反应，该反应体系通常是将催化性能最强的铁离子 负载到不同的载体上，在保持其催化活性同时获得固-液分离能力、避免二次污 染。非均相芬顿反应体系具有反应效率高、有效pH范围宽广以及催化剂可再生 利用等优势，是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。目前，多相芬顿催化 剂的载体主要有活性炭、沸石分子筛、粘土等三类。活性炭相对较贵，沸石分 子筛也是要通过人工合成，粘土类矿物需要看矿场含量，有些稀有矿物含量低 分布地区少，需长途运输。
矿化垃圾是指在填埋场中填埋多年(在上海一般至少在8-10年以上，北方 地区10年以上)，基本达到稳定化，已可进行开采利用的垃圾。
我国现有几十座卫生和准卫生城市生活垃圾填埋场和一般堆场，已填入或 堆放垃圾几千万吨。当中的一些垃圾经8-10年的降解后，基本上达到了稳定化 状态，因而被称为矿化垃圾。在上海市，这种矿化垃圾至少有4000万吨(老 港垃圾填埋场2000万吨，市区和郊区历年来的堆场、江镇堆场等近2000万 吨)。北京、天津、广州等城市所堆存的矿化垃圾估计也有几千万吨。因此这些 矿化垃圾的资源非常充足，而且分布广，基本每个大城市都有垃圾填埋场，经 过长时间降解，有些已经可以开采，可以认为是取之不绝用之不尽的新材料。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术中多相芬顿催化剂的载体的不足，提供一 种用于水处理的矿化垃圾负载氧化铁催化剂的制备方法。
本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：
1)在15~25℃水浴搅拌条件下，把弱碱溶液滴加到三价铁盐溶液中，控制 OH-/Fe3+=0.9~1.1(摩尔比)，将产物在室温下老化24~48小时，制备得到聚合羟 基铁溶液;
2)将经8~15年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，过50~100目筛，加入到上述 聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入2~8g矿化垃圾搅拌30~100 min，得到的产物经洗涤过滤后，在60-90℃下烘干，研磨，过50~100目筛，最 后在400~450℃下煅烧2~3h，得到表面负载有氧化铁的矿化垃圾。
步骤1)中所述的弱碱溶液浓度为0.4~0.5mol/L;三价铁盐溶液浓度为 0.2~0.4mol/L，浓度太高容易产生沉淀，浓度太低则需要大量的水，合成时产生 的废水量较大。
强碱快速电离产生氢氧根会迅速和铁产生沉淀，导致失败，因此，碱溶液 采用弱碱，步骤1)中所述的弱碱为Na2CO3。
步骤1)中所述的三价铁盐为水溶性三价铁盐，不然满足不了溶液中对其浓 度的要求，包括Fe(NO3)3或FeCl3。
与一般土壤相比，矿化垃圾具有容重较小、孔隙率高、有机质含量高、阳 离子交换容量(CEC)大、吸附和交换能力强的特点。特别是阳离子交换容量， 矿化垃圾的阳离子交换容量更是高达0.068mol/100g以上，比普通的砂土高出 数十倍(同济大学学报：自然科学版，第34卷第10期，1360页)。另外其孔 隙率高，比表面积大，是一种理想的催化载体，将催化剂负载于矿化垃圾可以 成为一种新型的有效的负载型催化剂。通过阳离子交换，在其表面负载的催化 剂的量会比仅仅通过范德华力作用的活性炭等载体大。利用矿化垃圾这种废弃 物经多年微生物作用后形成的多孔材料为载体，在其表面负载催化剂，廉价易 得，且催化剂可以重复利用。
具体实施方式
以下进一步提供本发明的3个实施例：
实施例1
在25℃水浴搅拌条件下，把0.5mol/L的Na2CO3溶液滴加0.4mol/L的FeCl3溶液中，控制OH-/Fe3+=0.9(摩尔比)，将产物在室温下老化48小时，制备得到 聚合羟基铁溶液;将经15年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，过100目筛，加入到 上述聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入8g矿化垃圾，搅拌100 min，利用矿化垃圾的阳离子交换特性，聚合羟基铁会通过离子交换和矿化垃圾 表面结合，得到的产物经多次洗涤过滤后，在90℃下烘干，研磨，过100目筛， 最后在450℃下煅烧3h，得到表面负载有氧化铁的矿化垃圾，利用ICP分析铁 含量为22.3%。
将1g负载有氧化铁的矿化垃圾加入到500mL浓度为70mg/L的Orange II 废水中，加入400μL浓度为30%的H2O2，反应40分钟，脱色率为95.5%，反 应后静置沉淀固液分离，催化剂可以重复利用。
相比相同条件下合成制得的活性炭负载氧化铁，矿化垃圾基本可以不考虑 成本，在经济的角度比活性炭等载体节省很多成本;分析得到的活性炭负载氧 化铁的铁含量仅为11.5%，导致对相同污染物降解效率相对较低，只有68.5%。
实施例2
在15水浴搅拌条件下，把0.4mol/L的Na2CO3溶液滴加0.2mol/L的 Fe(NO3)3溶液中，控制OH-/Fe3+=1.1(摩尔比)，将产物在室温下老化24小时， 制备得到聚合羟基铁溶液;将经8年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，过50目筛， 加入到上述聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入2g矿化垃圾，搅拌 30min，利用矿化垃圾的阳离子交换特性，聚合羟基铁会通过离子交换和矿化垃 圾表面结合，得到的产物经多次洗涤过滤后，在60℃下烘干，研磨，过50目筛， 最后在400℃下煅烧2h，得到表面负载有氧化铁的矿化垃圾，利用ICP分析铁 含量为21.5%。
将1g负载有氧化铁的矿化垃圾加入到500mL浓度为70mg/L的Orange II 废水中，加入400μL浓度为30%的H2O2，反应40分钟，脱色率为96.2%，反 应后静置沉淀固液分离，催化剂可以重复利用。
相比相同条件下合成制得的活性炭负载氧化铁，矿化垃圾基本可以不考虑 成本，在经济的角度比活性炭等载体节省很多成本;分析得到的活性炭负载氧 化铁的铁含量仅为11.2%，导致对相同污染物降解效率相对较低，只有71.4%。
实施例3
在20℃水浴搅拌条件下，把0.5mol/L的Na2CO3溶液滴加0.2mol/L的FeCl3溶液中，控制OH-/Fe3+=1.0(摩尔比)，将产物在室温下老化48小时，制备得到 聚合羟基铁溶液;将经15年填埋得到的矿化垃圾，粉碎，过100目筛，加入到 上述聚合羟基铁溶液中，每毫升聚合羟基铁溶液加入6g矿化垃圾，搅拌100 min，利用矿化垃圾的阳离子交换特性，聚合羟基铁会通过离子交换和矿化垃圾 表面结合，得到的产物经多次洗涤过滤后，在90℃下烘干，研磨，过100目筛， 最后在450℃下煅烧3h，得到表面负载有氧化铁的矿化垃圾，利用ICP分析铁 含量为21.7%。
将1g负载有氧化铁的矿化垃圾加入到500mL浓度为70mg/L的Orange II 废水中，加入400μL浓度为30%的H2O2，反应40分钟，脱色率为95.9%，反 应后静置沉淀固液分离，催化剂可以重复利用。
相比相同条件下合成制得的活性炭负载氧化铁，矿化垃圾基本可以不考虑 成本，在经济的角度比活性炭等载体节省很多成本;分析得到的活性炭负载氧 化铁的铁含量仅为9.8%，导致对相同污染物降解效率相对较低，只有66.1%。
