一种芬顿铁泥炭基@MoO2异相类芬顿催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种异相类芬顿催化剂，更具体地说，涉及一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂。

背景技术：

1、为了人类社会和生态环境的可持续发展，对水体中难降解有机污染物的去除迫在眉睫。目前针对水体中难降解有机物的处理方法主要有物理法、化学法、生物法、高级氧化法等。其中，高级氧化法主要是通过羟基自由基等活性自由基实现对有机物的矿化，具有操作简便、矿化彻底及去除效率高等优点。芬顿技术是最早发明的高级氧化技术，也是目前应用最广泛的高级氧化技术。该技术是一种经济高效的废水处理技术，具有氧化性强、成本低、常温常压条件即可操作等优点，广泛应用于纺织、制药、造纸、垃圾处理、化工等行业。

2、芬顿过程一般是过氧化氢在酸性介质中与铁离子发生反应，产生强氧化剂，即羟基自由基，其具有强氧化性，可以将污染物矿化为二氧化碳和水。

3、但在传统芬顿反应中，反应体系的ph值直接影响铁的水解形态。当ph值大于3时，溶液中的铁离子大量形成沉淀，影响芬顿反应的进行。因此，传统的芬顿反应对于反应溶液的ph值要求较高，且在反应过程中形成大量铁泥。此外，反应过程中，h2o2可能与fe3+反应且fe2+不足导致其利用率较低，后续污染物降解不充分，极大地限制了芬顿反应在处理废水中的应用。

4、传统芬顿法有几个较明显的缺点：(1)反应ph范围窄、ph值一般调整为2～3，以防止氢氧化铁沉淀的生成；(2)传统芬顿反应中fe3+转换到fe2+是整个反应中的限速步骤，使得反应速率降低；(3)fe2+不易从水中分离出来，限制了催化剂的回收利用，导致资源的大量浪费；(4)成本高；(5)铁污泥量大等。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂及其制备方法和应用，以解决传统芬顿应用ph值范围窄、h2o2消耗量大且容易产生大量铁泥等技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、对芬顿铁泥进行预处理；

4、步骤二、将预处理后的芬顿铁泥与四水合钼酸铵置于研钵中研磨，并混合均匀；

5、步骤三、将步骤二混合均匀的芬顿铁泥与四水合钼酸铵放置于管式炉中，在惰性气体保护下进行高温热解处理，高温热解处理后自然冷却至室温，即得所述芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂。

6、进一步的，步骤一中，所述芬顿铁泥包含氢氧化铁和羟基氧化铁；其中，铁元素质量分数为20％以上，碳元素质量分数为20％以上。

7、进一步的，步骤一中，对芬顿铁泥进行预处理，具体为：将芬顿铁泥放入60-105℃恒温干燥箱中烘干(含水率<10％)并研磨。

8、进一步的，步骤一中，烘干研磨后的芬顿铁泥过10-1000目标准筛，取筛下物即为预处理之后的芬顿铁泥。

9、进一步的，步骤二中，预处理后的芬顿铁泥与四水合钼酸铵的质量比为3.5-10.7：1。

10、进一步的，步骤三中，高温热解处理具体为：以2-20℃/min的升温速率加热至300-800℃并保持1-3h。

11、进一步的，步骤三中，所述惰性气体为氮气或氩气。

12、本发明还提供了一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂，所述的芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂采用上述的制备方法制得。

13、本发明还提供了一种上述的制备方法制得的芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂或者上述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂在异相类芬顿技术处理难降解有机污染物中的应用。

14、本发明具有以下有益效果：

15、(1)铁离子在中性或碱性条件下将生成沉淀混合至污泥中，形成芬顿铁泥。污泥包含高浓度的铁氧化物、少量有机物和部分重金属，若直接排放会严重破坏生态环境。本发明通过将铁泥制备成异相类芬顿催化剂，实现了以废治废，达到了对芬顿铁泥进行资源化利用的目的，避免后续铁泥的产生。

16、(2)传统芬顿反应处理过程中反应ph范围窄，通常ph控制在2-3，需要加入大量的药剂。本发明通过引入异相类芬顿催化剂，拓宽了反应ph阈值，增大催化剂适用性，减少药剂用量，降低成本。因为传统芬顿反应是在酸性条件下，亚铁离子与过氧化氢产生羟基自由基。调到酸性防止亚铁离子及铁离子生成沉淀，影响羟基自由基的生成。而本发明制备的催化剂为异相类芬顿反应，其本质是h2o2分子在固体催化剂表面生成羟基自由基。本发明制备的催化剂进行异相芬顿反应过程包括如下步骤：有机污染物扩散到催化剂表面，与催化剂表面的活性中心成键(即反应位点上的特定吸附)；电子迁移至吸附有机物的活性位点，后续发生有机物的解离，以及反应位点的再生，反应可以在中性ph下进行，省去了酸化与中和的步骤，从而避免了铁污泥的形成，同时催化剂易回收和再生，简化废水处理中的操作。

17、(3)传统芬顿反应中fe3+转换到fe2+是整个反应中的限速步骤，使得反应速率降低。本发明中moo2可作为助催化剂增强芬顿反应中fe3+/fe2+的循环效率，提高催化剂稳定性且实现可重复利用。因为moo2表面的低配位氧可以捕获质子形成水，并暴露金属还原活性位点mo4+，将fe3+还原为fe2+，从而显著提高传统芬顿反应中限速步骤的反应速率。芬顿反应中的h2o2进一步将mo6+还原为mo4+完成moo2的助催化循环。在助催化过程中，减少芬顿试剂h2o2和fe2+(催化剂)的使用量对减少铁泥污染和降低试剂成本具有重要意义。

18、(4)fe2+不易从水中分离出来，限制了催化剂的回收利用，导致资源的大量浪费。本发明制备得到的磁性催化剂回收方便，实现催化的重复利用。传统芬顿反应中fe2+是以离子态存在在溶液中，很难直接分离出来，通过其他方式使其沉淀，由于改变其价态和形态，无催化作用，需通过其他化学方式进一步反应，步骤繁琐，成本高。而本发明制备的异相芬顿催化剂呈现出固体颗粒状，与溶解态的亚铁离子在形态上有本质区别，分离难度小。另外，四氧化三铁有磁性，所以催化剂可以通过磁分离的方式进行。

19、(5)与传统芬顿药剂硫酸亚铁相比，本发明提供的芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂能够提高30％的cod处理效果，大大降低处理成本，具有良好的工业化应用的潜力。

20、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述芬顿铁泥包含氢氧化铁和羟基氧化铁；其中，铁元素质量分数为20％以上，碳元素质量分数为20％以上。

3.根据权利要求1所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，对芬顿铁泥进行预处理，具体为：将芬顿铁泥放入60-105℃恒温干燥箱中烘干并研磨。

4.根据权利要求3所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，烘干研磨后的芬顿铁泥过10-1000目标准筛，取筛下物即为预处理之后的芬顿铁泥。

5.根据权利要求1所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，预处理后的芬顿铁泥与四水合钼酸铵的质量比为3.5-10.7：1。

6.根据权利要求1所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，高温热解处理具体为：以2-20℃/min的升温速率加热至300-800℃并保持1-3h。

7.根据权利要求1所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述惰性气体为氮气或氩气。

8.一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂，其特征在于，所述的芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂采用如权利要求1-7任一所述的制备方法制得。

9.一种如权利要求1-7任一所述的制备方法制得的芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂或者权利要求8所述的一种芬顿铁泥炭基@moo2异相类芬顿催化剂在异相类芬顿技术处理难降解有机污染物中的应用。

技术总结本发明提供了一种芬顿铁泥炭基@MoO2异相类芬顿催化剂及其制备方法和应用，包括：首先对芬顿铁泥进行预处理；再将预处理后的芬顿铁泥与四水合钼酸铵置于研钵中研磨，并混合均匀；最后将混合均匀的芬顿铁泥与四水合钼酸铵放置于管式炉中，在惰性气体保护下进行高温热解处理，高温热解处理后自然冷却至室温，即得所述芬顿铁泥炭基@MoO2异相类芬顿催化剂，即FSC@MoO2。本发明制备的芬顿铁泥炭基@MoO2异相类芬顿催化剂拓宽了反应pH阈值，增大催化剂适用性，减少药剂用量，降低成本。此外，本发明通过将铁泥制备成异相类芬顿催化剂，实现了以废治废，达到了对芬顿铁泥进行资源化利用的目的，同时避免后续铁泥的产生。技术研发人员：邓宇,孙翼虎,翟海晴,蒋良秋,谭剑锋受保护的技术使用者：湖南迪亚环境工程股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14