一种4A沸石-Cu/聚合物类Fenton催化膜及其制备和应用、废水处理方法与流程

本发明涉及废水处理，尤其涉及一种4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜及其制备和应用、废水处理方法。

背景技术：

1、水是世界上最宝贵和重要的资源之一，但随着城市化和工业化的加速发展，有机污染物不断排放到水中所造成的环境污染已经成为世界范围内备受关注的问题。fenton和类fenton技术具有极高的氧化能力，最终产物为h2o和co2，是一种绿色环保的技术，在处理废水方面具有广阔的应用前景。

2、然而，传统fenton技术需要在酸性条件下进行，还容易造成氧化剂的浪费，而且易导致铁离子损失并形成固体污泥，进而产生经济和环境方面的缺陷。因而，亟需改善传统fenton工作ph范围窄的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜及其制备和应用、废水处理方法，克服了传统fenton反应ph适用范围窄的劣势。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜，包括聚合物基膜和嵌合于所述聚合物基膜孔道中的铜催化剂，所述铜催化剂包括4a沸石载体以及负载于所述4a沸石载体上的铜活性组分。

4、优选的，所述铜催化剂的质量为所述催化膜质量的5～20％；所述铜活性组分在4a沸石载体上的负载量为10～50wt％。

5、本发明提供了上述技术方案所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜的制备方法，包括以下步骤：

6、将4a沸石、致孔剂、分散溶剂和聚合物混合，进行分散，得到4a沸石-聚合物分散液；

7、以所述4a沸石-聚合物分散液为铸膜液，在凝固浴中进行成膜，得到4a沸石-聚合物共混膜；

8、将所述4a沸石-聚合物共混膜与铜盐溶液混合，进行负载，得到4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜。

9、优选的，所述致孔剂为聚乙二醇、辛醇、丙三醇、异丁醇和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述分散溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种，所述聚合物为聚醚砜、聚砜、磺化聚砜、聚磺化聚醚砜、四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。

10、优选的，所述4a沸石与聚合物的质量比为(5～50):100；所述致孔剂、4a沸石和分散溶剂的质量比为24:(1.6～8):(52～58.4)。

11、优选的，所述成膜的环境湿度为50～90％，所述凝固浴为纯水；所述凝固浴的温度为20～40℃。

12、优选的，所述铜盐溶液中铜离子浓度为1～5g/l，所述负载的时间为12～48h；所述铜盐溶液中铜离子与4a沸石的质量比为(0.2～1):(1.6～8)。

13、本发明提供了上述技术方案所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜在催化降解废水中有机污染物中的应用。

14、本发明提供了一种废水中有机污染物的处理方法，包括以下步骤：

15、在ph＝2～9条件下，将含有机污染物废水、双氧水与催化膜复合，进行催化降解；所述催化膜为上述技术方案所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜。

16、优选的，所述双氧水在含有机污染物废水中的浓度为10～40mm；所述有机污染物包括酚类化合物和/或染料，所述酚类化合物包括苯酚、对苯二酚、双酚a、三氯苯酚和间苯三酚中的至少一种，所述染料包括刚果红、日落黄、考马斯亮蓝、结晶紫和柠檬黄中的至少一种。

17、本发明提供了一种4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜，包括聚合物基膜和嵌合于所述聚合物基膜孔道中的铜催化剂，所述铜催化剂包括4a沸石载体以及负载于所述4a沸石载体上的铜活性组分。本发明所述催化膜为类fenton催化膜，利用cu2+替换fenton系统中的催化剂fe2+，催化活性更佳，反应速率快(cu在中性和碱性条件下均可与h2o2发生反应：cu2++h2o2→cu++ho2·+h+、cu++h2o2→cu2++·oh+oh)；且以4a沸石作为铜催化剂的载体，使得铜催化剂在4a沸石表面原位生长，原位生长能使催化剂较好分散在聚合物基体中，使得铜催化剂嵌合在聚合物基膜孔道中，表面结构暴露率高，为有机污染物催化提供了大量的活性位点，因而克服了传统fenton反应中ph适用范围窄的劣势。

18、本发明所述催化膜以高分子聚合物膜为基膜，制得的催化膜可用于有机污染物的催化降解，具有较高通量，通量为300～500l·m-2·h-1，有机污染与催化剂的停留时间长，在高ph条件下具有较好的连续催化性能。

19、本发明提供了所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜的制备方法，本发明采用非溶剂致相分离法制备4a-cu/聚合物类fenton催化膜，制备方法简便，易于操作。

20、本发明的方法能够将催化剂嵌合在聚合物膜孔道内，避免了均相fenton反应粉末催化剂的污染问题，利用催化膜反应器在压力驱动下进行循环催化也可有效解决非均相fenton反应不易连续催化的问题。

21、本发明制备的4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜用于催化降解废水中的有机污染物，通过类fenton反应对废水中有机污染物的去除率达到90％以上，为废水处理提供了新方法。

技术特征：

1.一种4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜，包括聚合物基膜和嵌合于所述聚合物基膜孔道中的铜催化剂，所述铜催化剂包括4a沸石载体以及负载于所述4a沸石载体上的铜活性组分。

2.根据权利要求1所述的4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜，其特征在于，所述铜催化剂的质量为所述催化膜质量的5～20％；所述铜活性组分在4a沸石载体上的负载量为10～50wt％。

3.权利要求1或2所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂为聚乙二醇、辛醇、丙三醇、异丁醇和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述分散溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种，所述聚合物为聚醚砜、聚砜、磺化聚砜、聚磺化聚醚砜、四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述4a沸石与聚合物的质量比为(5～50):100；所述致孔剂、4a沸石和分散溶剂的质量比为24:(1.6～8):(52～58.4)。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述成膜的环境湿度为50～90％，所述凝固浴为纯水；所述凝固浴的温度为20～40℃。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐溶液中铜离子浓度为1～5g/l，所述负载的时间为12～48h；所述铜盐溶液中铜离子与4a沸石的质量比为(0.2～1):(1.6～8)。

8.权利要求1或2所述4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜或权利要求3～7任一项所述制备方法制备得到的4a沸石-cu/聚合物类fenton催化膜在催化降解废水中有机污染物中的应用。

9.一种废水中有机污染物的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述双氧水在含有机污染物废水中的浓度为10～40mm；所述有机污染物包括酚类化合物和/或染料，所述酚类化合物包括苯酚、对苯二酚、双酚a、三氯苯酚和间苯三酚中的至少一种，所述染料包括刚果红、日落黄、考马斯亮蓝、结晶紫和柠檬黄中的至少一种。

技术总结
本发明提供了一种4A沸石‑Cu/聚合物类Fenton催化膜及其制备和应用、废水处理方法，属于废水处理技术领域。本发明所述催化膜为类Fenton催化膜，利用Cu<supgt;2+</supgt;替换Fenton系统中的催化剂Fe<supgt;2+</supgt;，Cu在中性和碱性条件下均可与H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;发生反应，催化活性更佳，反应速率快；且以4A沸石作为铜催化剂的载体，使得铜催化剂在4A沸石表面原位生长，原位生长能使催化剂较好分散在聚合物基体中，使得铜催化剂嵌合在聚合物基膜孔道中，表面结构暴露率高，为有机污染物催化提供了大量的活性位点，因而克服了传统Fenton反应中pH适用范围窄的劣势。

技术研发人员：张磊,张涵,张一琛,李曼晴
受保护的技术使用者：天津鼎芯膜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12