一种水处理高级氧化复合催化剂的制备方法与流程

本发明属于水处理领域，具体涉及一种水处理高级氧化铁-炭复合催化剂的制备方法。
背景技术：
：水污染威胁环境和人体健康，利用高级氧化技术可以降解水中药品和个人护理品等微污染物。开发高效的催化剂是高级氧化技术的关键所在。尽管溶解性过渡金属银、钴、铁盐可以有效催化高级氧化反应，但其不可回收且容易造成二次污染。与之相比，非均相催化剂更具优势。非均相催化剂可分为金属催化剂和非金属催化剂。铁及其氧化物是一类常用的金属催化剂，炭质材料则是一类典型的非金属催化剂。这两类催化剂都具有廉价、毒性低等优势，同时又各有特点：铁基催化剂催化活性好、具备磁性方便分离；炭质催化剂孔隙结构丰富，可利用对污染物的吸附性实现局部增浓，提高催化氧化的效果。铁-炭复合催化剂兼具两者的优势，成为高性能高级氧化催化剂开发的热点所在。传统的铁-炭复合催化剂主要采用浸渍法制备，即将炭质材料浸渍溶解后的铁盐再进行高温煅烧。浸渍法制备的复合催化剂中铁的分散不均匀，影响了催化效果。原位法是近来收到广泛关注的一种复合催化剂制备方法，其利用同时含有铁和碳元素的前驱物经煅烧直接得到铁-炭复合催化剂。由于前驱体中的铁和碳元素在原子尺度上均匀分布，采用原位法所得复合催化剂中铁和炭得以均匀分散，且由于无需分别制备炭和金属粒子，制备流程简单。目前，原位法制备铁-炭复合催化剂的前驱体主要是铁基金属有机骨架材料(chem.eng.j.，2018，354：835-848)。尽管以金属有机骨架材料(mofs)作为前驱体得到了性能良好的铁-炭复合催化剂，但mofs本身的制备复杂且成本高，从而提高了所得铁-炭复合催化剂的成本，限制了实际应用。本发明提出以同时包含有机阴离子、碱金属离子和铁离子的乙二胺四乙酸铁钠盐或乙二胺四乙酸铁钾盐为前驱体，经原位法制备铁-炭复合催化剂。公开号为cn102757034a的专利文献公开了一种以乙二胺四乙酸的四钠盐、二钠盐、钠镁盐、铁盐、钙盐或锰盐为前驱体经煅烧和酸洗制备氮掺杂活性炭的方法。公开号为cn108584944a的专利文献公开了一种以乙二胺四乙酸二钠锌盐为前驱体经煅烧和酸洗制备氮掺杂活性炭的方法。本发明使用乙二胺四乙酸铁钠盐和乙二胺四乙酸铁钾盐为前驱体制备铁-炭复合材料，与以其他乙二胺四乙酸盐为前驱体不同。一方面，乙二胺四乙酸四钠等不含有铁，以其为前驱体无法得到铁-炭复合催化剂。另一方面，尽管乙二胺四乙酸铁盐含有铁，但由于不含有钠、钾等具备造孔作用的元素，其在煅烧过程中无法原位形成丰富的孔隙结构，所得材料的比表面积很低。在水处理高级氧化过程中，丰富的孔隙结构利于通过吸附作用实现污染物的局部增浓，当孔隙结构不丰富时，催化效果较差，无法发挥铁-炭复合催化剂的优势。利用价格远低于mofs的乙二胺四乙酸铁钠盐、铁钾盐为前驱体经原位法制备水处理高级氧化铁-炭复合催化剂，具有一定的实际应用价值。技术实现要素：本发明提出一种水处理高级氧化铁-炭复合催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)：将乙二胺四乙酸盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一依次经水洗和干燥，得到铁-炭复合催化剂。进一步地，所述乙二胺四乙酸盐为乙二胺四乙酸铁钠或乙二胺四乙酸铁钾。进一步地，所述高温煅烧处理的温度为600-1000℃，时间为0.5-3h。进一步地，所述的水洗是洗至滤液ph值6-7为止。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)采用商品化有机盐为前驱体经原位法直接制备铁-炭复合催化剂，成本低，流程简单。(2)前驱体中的有机部分提供碳源和氮源，钠或钾离子发挥原位造孔作用，获得比表面积丰富的氮掺杂活性炭，构成复合催化剂的炭部分，铁离子作为铁源，构成复合催化剂的铁部分，由于前驱体中的铁和碳元素在原子尺度上均匀分布，所得催化剂中铁和炭分布均匀，水处理高级氧化效率高。附图说明图1为基于乙二胺四乙酸盐原位制备铁-炭复合催化剂的示意图。具体实施方式本发明涉及一种水处理高级氧化铁-炭复合催化剂的制备方法。下面结合具体实施例和对比例，进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于阐述本发明而并不用于限制本发明的范围。实施例1：步骤(1)：将乙二胺四乙酸铁钠盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为600℃，时间为3h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到铁-炭复合催化剂。实施例2：步骤(1)：将乙二胺四乙酸铁钠盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为1000℃，时间为0.5h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到铁-炭复合催化剂。实施例3：步骤(1)：将乙二胺四乙酸铁钠盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为900℃，时间为1h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到铁-炭复合催化剂。实施例4：步骤(1)：将乙二胺四乙酸铁钾盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为900℃，时间为1h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到铁-炭复合催化剂。对比例1：本对比例按照传统浸渍法制备铁-炭复合催化剂的步骤进行，具体如下：步骤(1)：采用等体积浸渍法将活性炭浸渍氯化铁溶液后，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为900℃，时间为1h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到浸渍法铁-炭复合催化剂。对比例2：本对比例以不含铁的乙二胺四乙酸四钠为前驱体制备活性炭催化剂，具体如下：步骤(1)：将乙二胺四乙酸四钠盐放置于高温炉中，在氮气气氛下高温煅烧处理，煅烧温度为900℃，时间为1h，得到物料一；步骤(2)：将步骤(1)所得的物料一水洗至滤液ph值6-7，再经干燥得到活性炭催化剂。性能检测：为了检验水处理高级氧化催化剂的催化效果，采用磺胺甲唑作为模型微污染物，其浓度为50mg/l，催化剂用量为0.1g/l，氧化剂过硫酸钠用量为2mm，反应温度为25℃。使用实施例1-实施例4和对比例1-对比例2得到的催化剂时，磺胺甲唑的转化率和toc去除率如表1所示。从表1可见，采用本发明提出的方法制备的铁-炭复合催化剂比对比例1中传统浸渍法制备的铁-炭复合催化剂具有更好的催化活性，这主要归结于本发明所得催化剂中铁和炭元素的分布更为均匀。对比例2采用乙二胺四乙酸四钠作为前驱体，所得催化剂只含有炭，不含有铁，因此其催化活性也较差。表1实施例和对比例所得催化剂的催化活性样品转化率％toc去除率％实施例171.2％41.3％实施例282.4％59.2％实施例399.5％93.5％实施例498.2％89.7％对比例153.2％23.8％对比例233.6％11.3％当前第1页12