一种高铁酸钾活化半焦及其制备方法和催化过硫酸盐降解水中有机污染物的应用

本发明属于环境功能材料与固废资源化利用领域，具体涉及一种高铁酸钾活化半焦及其制备方法和催化过硫酸盐降解水中有机污染物的应用。

背景技术：

1、半焦活性炭作为一种固体废弃物，因其廉价易得，被公认为是一种经济节约、可持续获得的碳基材料。由于其具有发达的微孔结构和不规则排列的微晶层片结构，常将其用作过硫酸盐的催化活化剂。但未加工处理的半焦对过硫酸盐的催化性能相对较低，通过对原始半焦进行物理活化或化学活化，使其比表面积增大、催化活性基团增多，在催化过硫酸盐氧化过程中，使过硫酸盐能够生成氧化性更强的硫酸根自由基，用于处理含抗生素类废水从而达到更好的氧化降解效果。

2、物理活化法主要是在惰性气体氛围中，原材料炭化后生成的半焦与二氧化碳或水蒸汽等氧化性气体进行高温活化，生成半焦活性炭。虽然该活化方法生产成本相对较低，对环境无污染，但对气体流速、气体密度等实验条件的控制较为严苛，一般活化温度较高，单纯依靠氧化碳原子形成孔隙结构，导致活性炭的收率不高，实际应用效果欠佳。化学活化法包括碱、酸活化法，主要是半焦与强碱、强氧化性酸按一定质量比均匀混合，在一定温度下活化，生成活化半焦，但活化过程中的副产物可能会覆盖其活性位点，对吸附或催化作用产生一定影响，通常需要经过反复的高温洗涤纯化，去除未反应的强酸强碱以及在材料表面生成的中间产物，而且化学活化对设备腐蚀性大，污染环境，若清洗不彻底，会造成活化剂的残留。通过在活性炭上负载金属而增加催化活性位点，进而增强其催化能力，一般通过浸渍法将金属负载在活性炭上，这种方法虽成本低廉，但浸渍后的活性炭在催化过程中会发生剥离现象，影响催化效果，因此，应该在保证半焦活性炭产品性能的基础上，开发工艺简单、绿色环保、节能高效的活化新工艺，从而提高半焦活性炭的吸附和催化性能，进一步增强过硫酸盐对污染物的降解效果。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种高铁酸钾活化半焦及其制备方法和催化过硫酸盐降解水中有机污染物的应用。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法，包括以下步骤：

4、将高铁酸钾与半焦研磨混合，在惰性气体保护下进行碳化，所得产物经酸洗纯化、干燥、研磨，得到高铁酸钾活化半焦活性炭。

5、优选的，高铁酸钾与半焦的质量比为10:(1～6)。

6、优选的，碳化温度为700～800℃，碳化时间为1～2h。

7、优选的，所述半焦预先经过预处理：取原料半焦，用水反复清洗，干燥，研磨。

8、采用所述的制备方法得到的高铁酸钾活化半焦活性炭。

9、所述的高铁酸钾活化半焦活性炭在催化过硫酸盐降解水体中有机污染物中的应用。

10、优选的，向待处理的水体中加入高铁酸钾活化半焦活性炭和过硫酸盐，以降解有机污染物。

11、进一步的，待处理的水体中，过硫酸盐的投加量为1～5mmol·l-1，高铁酸钾活化半焦活性炭的投加量为50～300mg·l-1。

12、进一步的，预先调节待处理的水体的ph为3.00～11.00。

13、优选的，过硫酸盐为过硫酸钠，有机污染物为四环素。

14、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

15、本发明提供了一种利用高铁酸钾为铁源活化半焦活性炭的方法，以半焦为原料，以高铁酸钾为活化剂，将半焦和高铁酸钾通过固相研磨再煅烧的方法，使半焦在扩孔、碳化的同时，也使fe形成了fe-c键更牢固的负载在半焦活性炭上。高铁酸钾与半焦在高温热解过程中，产生koh等可以扩孔的腐蚀性物质和使铁前体还原的co2、h2等气体，这些中间产物对材料具有刻蚀和造孔作用，使产物的孔隙率、比表面积、缺陷程度和含氧官能团含量显著增加。高铁酸钾在活化半焦的同时实现了铁的负载，经活化后的半焦具有石墨化程度高、分层多孔结构、催化活性位点丰富等优势。同时，半焦上负载的铁和材料表面的含氧官能团协同催化过硫酸盐，在此过程中产生大量的硫酸根自由基，使有机污染物通过双键氧化、芳环氧化、脱酰胺等方式降解，最终被氧化为co2、h2o以及一些小分子物质。因此，高铁酸钾和半焦在热解过程形成还原性较强的fe0以及c＝o、c＝c、c-o、fe-o等含氧官能团，大幅提高了半焦活性炭催化过硫酸盐降解水中四环素的能力，从而构建以自由基反应为主的高效的降解体系，可以实现对污染物的高效降解。本发明中选择廉价易得的半焦，经过活化后的半焦活性炭去催化过硫酸盐，不仅节约了成本，而且减少了半焦造成的环境污染，从而实现废物再利用。本发明方法工艺操作简单，不产生二次污染问题，能够同时实现材料的碳化、石墨化和磁化，用更绿色、经济的方法制备出具有大的比表面积、丰富的多孔结构和更高的缺陷程度的活化半焦活性炭。与传统活化工艺相比，本发明避免了产物碳化率不高、制备过程繁琐、二次污染的问题，提供了一种工艺简洁、绿色环保、节能高效的活化新工艺，将其直接作为过硫酸盐的催化剂，能高效去除水中四环素。

技术特征：

1.一种高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法，其特征在于，高铁酸钾与半焦的质量比为10:(1～6)。

3.根据权利要求1所述的高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法，其特征在于，碳化温度为700～800℃，碳化时间为1～2h。

4.根据权利要求1所述的高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法，其特征在于，所述半焦预先经过预处理：取原料半焦，用水反复清洗，干燥，研磨。

5.采用权利要求1～4任一项所述的制备方法得到的高铁酸钾活化半焦活性炭。

6.权利要求5所述的高铁酸钾活化半焦活性炭在催化过硫酸盐降解水体中有机污染物中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，向待处理的水体中加入高铁酸钾活化半焦活性炭和过硫酸盐，以降解有机污染物。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，待处理的水体中，过硫酸盐的投加量为1～5mmol·l-1，高铁酸钾活化半焦活性炭的投加量为50～300mg·l-1。

9.根据权利要7所的应用，其特征在于，预先调节待处理的水体的ph为3.00～11.00。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，过硫酸盐为过硫酸钠，有机污染物为四环素。

技术总结本发明提供一种高铁酸钾活化半焦及其制备方法和催化过硫酸盐降解水中有机污染物的应用。所述高铁酸钾活化半焦活性炭的制备方法为：将高铁酸钾与半焦研磨混合，在惰性气体保护下进行碳化，所得产物经酸洗纯化、干燥、研磨，得到高铁酸钾活化半焦活性炭。本发明采用高铁酸钾活化半焦，大幅提高了半焦活性炭催化过硫酸盐降解水中四环素的能力。技术研发人员：王家宏,芦天姣,张燕馨受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/3/21