一种铁基非均相芬顿催化剂的制备方法

本发明涉及预拌混凝土废渣浆的综合利用领域，特别涉及一种利用一种铁基非均相芬顿催化剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、预拌混凝土在房屋建筑、交通、工矿业、国防军事等领域有十分广泛的应用中，在预拌混凝土搅拌和运输过程中，为了避免残留混凝土硬化结块造成清洁困难，常常需要用清水冲洗混凝土搅拌机和运输车罐体，清洗后的浆体分离出的砂石骨料后便形成清洗废渣浆。每生产1m3混凝土平均产生5m3废渣浆。

2、为提高资源循环使用效率、保护耕地和减轻环境负载，众多学者和工程技术人员为了对上述预拌混凝土废渣浆的资源化利用以进行了深入而广泛的理论研究和工程实践。从矿物组成方面分析，预拌混凝土废渣浆主要含有未水化水泥颗粒熟料相，主要包括：硅酸三钙、硅酸二钙、铁相固溶体、铝酸三钙、部分氢氧化钙等，因此可将混凝土废渣浆进行适当的预处理用于低强度等级混凝土、预拌建筑砂浆、混凝土砌块和加气混凝土砖等再生水泥混凝土制品的生产，剩余废渣则全部统一收纳后集中进行填埋处理；然而，由于粒型不规则、流动性差、水化活性低、含固量波动大、掺用量有限等原因，用废浆渣取代水泥制备生态建筑材料时对强度影响较大，在再生建材领域的使用受到了一定程度的限制。因此，预拌混凝土废渣浆在再生建材领域的应用受到了较大阻碍，亟需开发新的应用领域。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供的是一种铁基非均相芬顿催化剂的制备方法及应用，以废渣浆为主要原材料，经除杂精制、酸溶、凝胶、干燥后制得非均相芬顿催化剂，可有效降解水体中的苯酚、罗丹明b等有机污染物，具有良好的经济和环境效益。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种铁基非均相芬顿催化剂的制备方法，以预拌混凝土搅拌站砂石分离后的清洗渣浆为原材料，废渣浆中含有未水化水泥颗粒熟料相和部分水泥熟料的水化物，为铁基非均相芬顿催化剂的制备提供了丰富的fe源和si源，制备方法包括以下步骤：

4、一、除杂精制：将收集到的清洗渣浆送入高频脱水筛进行筛分，除去清洗渣浆中的大颗粒杂质；根据筛分除杂后渣浆的固含量，补入清水得到固含量为5％～20％的料浆，同时使用电动搅拌机对料浆进行持续的搅拌，直至料浆中固含量稳定、固体颗粒分散均匀；

5、二、酸溶：向上述料浆中加入浓盐酸并不断搅拌，使料浆中的固体颗粒不断溶解，持续搅拌并控制盐酸用量，直至渣浆中的固体颗粒不再溶解；在酸溶过程中浓盐酸和料浆中的有效组分进行反应，形成富含ca2+、fe2+、si4+多种离子的溶液，反应结束后进行抽滤，除去酸不溶物，收集滤液备用；

6、三、制备前驱液：采用naoh溶液调节滤液ph至7～9，然后通过质量流量控制器和流量显示仪向调节ph后的滤液中通入工业co2气体，并不断搅拌使气体均匀分散，控制co2气体的通入量直到溶液中不再产生caco3沉淀；待反应结束后，抽滤去除生成的caco3，收集滤液，制得富含fe2+和si4+的前驱液；

7、四、凝胶：采用氢氧化钠稀溶液调节上述前驱液ph至3，并搅拌30min使其充分反应，在凝胶过程中，溶液中的si4+不断聚合形成二氧化硅凝胶骨架，溶液中的fe2+嵌入到凝胶骨架的孔隙中一同凝胶析出；待反应结束后进行抽滤并收集析出物，用蒸馏水对析出物进行反复清洗，将析出物表面的杂质离子清洗干净；

8、五、干燥：将清洗后的析出物放入真空干燥箱中真空烘干，然后用行星式球磨机球磨，即制得铁基非均相芬顿催化剂粉体。

9、进一步的，所述未水化水泥颗粒熟料相包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙中的一种或多种，所述水泥熟料的水化物包括水化硅酸钙凝胶、水化铁铝酸钙和水化硫铝酸钙中的一种或多种。

10、进一步的，步骤一中，所述高频脱水筛的筛网为圆形网孔，网孔尺寸为60～120目。

11、进一步的，步骤二中，浓盐酸的质量浓度为20～30％。

12、进一步的，步骤三中，naoh溶液的质量浓度为1％～5％，通入工业co2气体的流量为50～100ml，通入气体后的搅拌速度为100～300r/min。

13、进一步的，步骤五中，真空干燥温度为100～105℃，球磨时间为15min。

14、一种混凝土废渣浆制备铁基非均相芬顿催化剂的应用，用所制备的铁基非均相芬顿催化剂处理罗丹明b污染废水，是按以下过程进行的：

15、一、以人工合成染料罗丹明b为目标污染物，用蒸馏水配制质量浓度为5～100mg/l的罗丹明b污染废水；

16、二、取100ml上述罗丹明b污染废水于250ml玻璃瓶中，添加0.1～2g铁基非均相芬顿催化剂粉体和10～100mmolh2o2，构成芬顿体系，并采用稀盐酸调节上述反应体系的ph为3～6；

17、三、反应进行10～120min后，采用紫外可见分光光度法测试罗丹明b的剩余浓度，测试结果显示不同反应条件下罗丹明b的去除率可达到85～97％。

18、一种混凝土废渣浆制备铁基非均相芬顿催化剂的应用，用所制备的铁基非均相芬顿催化剂处理含苯酚废水，是按以下过程进行的：

19、一、以苯酚为目标污染物，用蒸馏水配制质量浓度为10～1000mg/l的苯酚废水；

20、二、取100ml上述苯酚废水于250ml玻璃瓶中，添加10～100mg非均相芬顿催化剂粉体和10～100mmolh2o2，构成芬顿体系，并采用稀盐酸调节上述反应体系的ph为3～6；

21、三、反应10～150min后，采用紫外可见分光光度法测试苯酚的剩余浓度，测试结果显示不同反应条件下苯酚的去除率可达到90～98％。

22、本发明的有益效果：

23、(1)现有的铁基非均相芬顿催化剂的原料主要为天然含铁矿石和人工合成铁氧体，所用的载体通常为活性炭、树脂、碳纳米管、硅胶或分子筛等经特殊步骤和工艺合成的材料，均具有较高的成本；本发明以预拌混凝土厂废渣浆为主要原材料，从矿物组成方面分析，预拌混凝土废渣浆主要含有未水化水泥颗粒熟料相，如硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，除此之外还含有部分水泥熟料的水化物，如水化硅酸钙凝胶、水化铁铝酸钙和水化硫铝酸钙，为铁基非均相芬顿催化剂的制备提供了丰富的fe源和si源；因此，本发明的方法既为废渣浆的资源化利用提供了全新的技术路径，避免使用人工合成的铁源和载体，从而可有效降低铁基非均相芬顿催化剂的制备成本，又可以减少由于废渣浆无序填埋和堆放对土地的大量占用和对环境的污染；

24、(2)现有铁基非均相芬顿催化剂的制备方法主要包括多孔硅胶的合成以及铁在硅胶上的负载两个过程，铁的负载过程主要采用浸渍、嫁接和化学气相沉积等方法，上述方法步骤繁琐，且当铁负载量高时容易堵塞载体孔道、破坏孔结构，同时也存在负载不均匀、催化效率低以及活性组分易溶出的问题；而本发明将混凝土废渣浆经除杂精制、酸溶后，可去除ca2+，得到富含fe2+和si4+的前驱液，通过凝胶处理，一方面使溶液中的si4+不断聚合形成二氧化硅凝胶骨架，另一方面使溶液中的fe2+嵌入硅胶骨架中孔隙中一同凝胶析出，再经干燥处理后即可实现fe2+在硅胶表面的负载；本发明的方法将多孔硅胶的制备和硅胶的负载两个过程一步实现，避免了铁负载过程对载体的堵塞、破坏以及活性组分的溶出，既简化了制备过程，又提高了非均相芬顿催化剂的稳定性，可有效降解染料废水、含酚废水和制药类废水等有机废水。