申请日2012.08.13
公开(公告)日2012.12.05
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磁性催化剂的制备方法，步骤如下：1)将三价铁盐和二价铁盐混合加到水中，再加入二价铜盐，配制成Fe3+、Fe2+、Cu2+总浓度为0.4~4mol/L的混合溶液，将干燥、粉碎的矿化垃圾加入到溶液中，矿化垃圾与溶液的固液质量比为1：5~1：25制成悬浊液，搅拌2~3h，置于70~80℃的恒温水浴中，搅拌下滴加1~1.5mol/L的碱溶液，用量为混合溶液体积的1/3~1/2，滴加完毕后继续搅拌3~4小时;2)搅拌停止后，用蒸馏水清洗沉淀物3-5次，105-120℃下烘3-4小时，烘干、碾磨制得磁性矿化垃圾。增强了芬顿反应性能，提高了水处理的能力。
权利要求书
1.一种用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制备方法，其特征在 于：步骤如下:
1)将三价铁盐和二价铁盐混合，使Fe3+与Fe2+摩尔比为2：1~2:1.5，加到 水中，再加入二价铜盐，Cu2+与Fe2+摩尔比为1：1~1:1.5，配制成Fe3+、 Fe2+、Cu2+总浓度为0.4~4mol/L的混合溶液，将干燥、粉碎过60~150目 筛的矿化垃圾加入到溶液中，矿化垃圾与溶液的固液质量比为1：5~1：25， 制成悬浊液，搅拌2~3h，置于70~80℃的恒温水浴中，搅拌下滴加1~1.5 mol/L的碱溶液，用量为混合溶液体积的1/3~1/2，滴加完毕后继续搅拌3~4 小时;
2)搅拌停止后，用蒸馏水清洗沉淀物3-5次，105-120℃下烘3-4小时，烘 干、碾磨制得磁性矿化垃圾。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制 备方法，其特征在于：步骤1)中所述的三价铁盐包括FeCl3或Fe(NO3)3。
3.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制 备方法，其特征在于：步骤1)中所述的二价铁盐包括FeCl2或FeSO4。
4.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制 备方法，其特征在于：步骤1)中所述的二价铜盐包括CuSO4或CuCl2。
5.根据权利要求1所述的用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制 备方法，其特征在于：步骤1)中所述的碱溶液包括NaOH溶液或KOH溶 液。
说明书
一种用于水处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制备方法
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。
四氧化三铁是铁的一种氧化物，其化学式为Fe3O4，又称磁性氧化铁、氧化 铁黑、磁铁、磁石、吸铁石，天然矿物类型为磁铁矿。铁在四氧化三铁中有两 种化合价，含有Fe2+和Fe3+，X射线衍射实验表明，四氧化三铁具有反式尖晶石 结构。另外，四氧化三铁还是导体，因为在磁铁矿中由于Fe2+与Fe3+在八面体位 置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四 氧化三铁固体具有优良的导电性。
磁铁矿等含铁氧化物能有效地催化氧化苯酚、染料、炸药等生物难降解有 机污染物(如：矿物岩石地球化学通报，2006年25卷第4期293页)。相比于 其它铁氧化物，磁铁矿的催化降解能力更强，这是由于其结构中含有大量的Fe2+和Fe3+，能较快地引发Fenton反应。此外，磁铁矿具有强磁性，在废水处理过 程中可通过简易的磁选技术从分解产物中分选出来，回收方便，有利于流化床 技术的应用。将磁性催化物质制备成纳米颗粒，可以增加其表面积、增强活性。 但其在纳米尺度下容易团聚，影响作用效果，如果有少量纳米颗粒在磁性分离 情况下未被分离，流入环境而导致纳米颗粒对环境生态的影响。
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芬顿反应载体的不足，提供一种用于水 处理的矿化垃圾负载磁性催化剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于水处理的矿化垃 圾负载磁性催化剂的制备方法包括如下步骤：
1)将三价铁盐和二价铁盐混合，其中Fe3+与Fe2+摩尔比为2：1~2:1.5加到 水中，为有效地促进·OH的产生再加入二价铜盐，Cu2+与Fe2+摩尔比为1：1~1:1.5， 配制成Fe3+、Fe2+、Cu2+总浓度为0.4~4mol/L的混合溶液，将干燥、粉碎过60~150 目筛的矿化垃圾加入到溶液中，矿化垃圾与溶液的固液质量比为1：5~1：25， 制成悬浊液，搅拌2~3h，置于70~80℃的恒温水浴中，搅拌下滴加1~1.5mol/L 的碱溶液，用量为混合溶液体积的1/3~1/2，滴加完毕后继续搅拌3~4小时;
2)搅拌停止后，用蒸馏水清洗沉淀物3-5次，105-120℃下烘3-4小时，烘 干、碾磨制得磁性矿化垃圾。.
步骤1)中所述的三价铁盐包括FeCl3或Fe(NO3)3。
步骤1)中所述的二价铁盐包括FeCl2或FeSO4。
步骤1)中所述的二价铜盐包括CuSO4或CuCl2。
上述的三价铁盐，二价铁盐，二价铜盐为水溶性盐，不然满足不了溶液中 各离子的浓度要求。
步骤1)中所述的碱溶液包括NaOH溶液或KOH溶液。
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。
本发明的有益效果是：采用废弃的垃圾经长时间填埋后得到的矿化垃圾， 价格便宜，丰富易得，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。具有磁性的铁氧化物负载到矿化垃圾表 面，Cu2+在矿化垃圾表面生成铜化合物，Cu的掺杂能有效地促进·OH的产生， 增强了芬顿反应性能，提高了水处理的能力。在污染物被降解后，能在磁场中 迅速沉淀，具有良好的固液分离效果，且催化剂可重复利用。
