一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料、制备方法及其应用

本发明涉及一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料、制备方法及其应用，属于催化剂。

背景技术：

1、随着全球人口的不断增长以及现代工业化不断进步，可持续循环利用的水资源面临着巨大的挑战, 生产工艺愈加复杂，化学品类在逐渐增多，向自然界排放的污水复杂多样。医疗废水产出占比愈发增大，医疗废水的处理问题也日渐成为大家较为关注的问题。由于其特殊的用途和来源，医疗废水与一般废水相比更具有污染性和破坏性，如含镇痛剂的医疗废水若得不到有效处理，对环境和社会来说将会是难以预估的伤害，因此开发新的医疗废水处理技术，制定新的、特别的污水排放要求是很有必要的。

2、齐丽红等人（qi l, cheng z, zuo g, et al. oxidative degradation offentanyl in aqueous solutions of peroxides and hypochlorites[j]. defencescience journal, 2011, 61(1): 30-35）研究表明，他们选取的氧化剂均对芬太尼有降解作用，其中c3o3n3cl3(tcca)溶液对芬太尼的降解效果最好，但该体系ph=5，是有腐蚀性的酸性环境；其次是过氧乙酸及spc/taed，在过氧乙酸体系中，反应5min降解率为90.7%；在spc/taed体系中，反应2min，降解率可达81.6%，5min降解率为91.9%。徐琳的研究表明在ph=0.5的强酸腐蚀性条件下时，nabro3/ nahso3体系30min内降解率超过99.9%（xu l, ren l,wang z, et al. oxidative treatment of fentanyl compounds in water by sodiumbromate combined with sodium sulphite[j]. water science and technology, 2015,72(1): 38-44）。然而，上述反应均为均相催化氧化体系，目前尚无关于净化医疗废水中芬太尼类镇痛剂的非均相催化体系的相关报道。非均相催化体系具有反应环境温和、选择性好、无需外加能量等优势且克服了均相催化体系中金属离子的二次污染、难以重复利用等的不足。

技术实现思路

1、有鉴于上述降解效率不高及均相体系不足等问题，本发明的目的在于提供一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料、制备方法及其应用。本发明采用共沉淀法和高温煅烧制备得到具有氧化还原性的金属氧化物催化材料。将所述催化材料与过碳酸钠固体氧化剂，用于净化医疗废水中镇痛剂，具有降解效率高、易收集处理并可重复利用的优势。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料，所述催化材料是经共沉淀和高温煅烧得到的mgo、al2o3和fe3o4的混合氧化物，fe3o4、mgo和al2o3的摩尔比为0.5~2:6:2，所述催化材料的比表面积为100~150m2/g，孔径为15~25nm；所述催化材料用于净化医疗废水中镇痛剂。

4、优选的，所述催化材料负载于载体上得到负载型催化材料。

5、优选的，将所述催化材料与载体混合，采用旋转浸渍法制备得到负载型催化材料。

6、优选的，所述催化材料的负载量为1wt%~20wt%，更优选为5wt%~10wt%。

7、优选的，所述载体为γ-al2o3和/或sio2。

8、优选的，所述载体的粒径为3~5nm。

9、一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料的制备方法，方法步骤包括：

10、将可溶性铁盐、可溶性镁盐和可溶性铝盐溶于水中，得到混合盐溶液；

11、将所述混合盐溶液逐滴加入碱性物质溶液中，60~100℃下持续搅拌1~2小时，静置、离心、洗涤、烘干、研磨，得到粉末；

12、将所述粉末在500~600℃煅烧5~6小时，得到一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料；

13、其中，铁盐、镁盐、铝盐和碱性物质的摩尔比为0.5~2:6:2:10~20。

14、优选的，所述可溶性铁盐、可溶性镁盐和可溶性铝盐分别为硝酸盐、硫酸盐、氯化物和碳酸盐中的一种以上。

15、优选的，所述碱性物质为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。

16、一种本发明所述的净化医疗废水中镇痛剂的催化材料的应用，将所述催化材料、氧化剂过碳酸钠和含有镇痛剂的医疗废水混合，用于催化降解医疗废水中的镇痛剂。

17、优选的，所述镇痛剂为芬太尼类化合物。

18、优选的，所述镇痛剂、氧化剂和催化材料的用量比为0.010~0.020mmol:0.02~0.04mmol:10~15mg。

19、优选的，降解时，ph为9~10，温度为15~55℃，时间为3~60min。

20、有益效果

21、本发明提供了一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料，所述催化材料是经共沉淀和高温煅烧得到的mgo、al2o3和fe3o4的混合氧化物，所述催化材料具有较高的比表面积和较小的孔径，催化材料的高比表面积使其具有优良的吸附性能，fe3o4与镇痛剂分子间具有极好的亲和力，且fe3o4具有超顺磁性也可使医疗废水中的镇痛剂分子快速吸附富集并降解，实现非均相降解医疗废水中的镇痛剂分子，有效降低处理成本，降解完成后的催化剂易收集处理并可重复利用、无催化剂带入的其他元素污染。

22、本发明提供了一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料的制备方法，首先混合盐溶液和碱性溶液滴定完成，经静置、洗涤、烘干后细细研磨，保证粒径均匀，分散性好，而后经马弗炉高温煅烧，在煅烧温度300℃升至600℃过程时，fe3o4相存在所有样品中，在煅烧温度达650℃以后，样品仅由fe2o3组成。煅烧温度从300~450℃的过程中，存在fe3o4和fe2o3两相，二者相态自500℃转变明显，故温度过高过低均不合适。fe3o4具有较强的氧化性，在催化氧化降解反应过程中可快速高效的将医疗废水中有机污染物转换为无毒无害的物质。因此本发明选择使用高温煅烧法将常规共沉淀法制得的氢氧化物沉淀经高温煅烧为氧化物，且本发明从化合物相态转变选用程序升温法，并确定煅烧温度为500~600℃。最终得到mgo、al2o3及fe3o4的混合氧化物，粒径均匀，分散性好，催化效果好。

23、本发明提供了一种净化医疗废水中镇痛剂的催化材料的应用，其涉及一种非均相催化氧化体系，包括固相催化材料、氧化剂过碳酸钠以及镇痛剂芬太尼类物质，催化剂与氧化剂反应会产生高活性自由基：羟基自由基、超氧自由基等。高活性自由基进一步与镇痛剂反应，将其降解为小分子物质或直接氧化为二氧化碳和水。与传统技术相比，由于加入过碳酸钠氧化剂，催化氧化体系为弱碱性，反应体系温和无刺激、且在室温即可降解医疗废水。有效克服传统氧化技术一些固有缺陷，比如：芬顿氧化技术中过氧化氢易分解导致氧化剂的损失，过渡金属离子溶出带来的二次污染等问题。