一种用于非均相电芬顿处理有机废水工艺的催化剂

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及非均相电芬顿处理有机废水工艺，尤其是一种采用预磁化的硫化零价铁催化剂。

背景技术

随着工业产业的高效飞速发展，人们在享受其带来的物质生活极大改善的同时，也承受着随之而来的环境恶化的严重后果，特别是一些难降解持久性有机污染物越来越多的排放到环境水体中，通过食物链不断富集，对人体健康造成极大危害。

非均相电芬顿高级氧化技术作为一种新型电化学高级氧化技术，通过阴极上发生两电子的氧化还原原位产生H

发明内容

本发明的目的是提供一种预磁化的硫化零价铁催化剂(pre-S/Fe

一种用于非均相电芬顿处理有机废水工艺的催化剂，将零价铁先经硫化后再进行预磁化处理得到预磁化硫化零价铁催化剂。

进一步的，所述零价铁为毫米级还原铁粉。便宜易得，方便存储。

进一步的，所述硫化法为硫化钠硫化法或硼氢化钠硫化法或球磨硫化法。

进一步的，催化剂的S/Fe比为0.056-0.112。催化性能随S/Fe比的增大而提高，但过高的S负载会导致Fe

进一步的，所述的预磁化处理是采用匀强磁场，磁场强度为20-40mT，预磁化时间为2-3min。低磁场强度或较短的预磁化时间不能充分地作用Fe

本发明还提供一种应用催化剂的非均相电芬顿处理有机废水工艺方法，将待处理废水调节pH后，加入一定量预磁化硫化零价铁作为催化剂，以DSA为阳极、改性碳毡为阴极，在阴极附近曝气，控制电流进行降解反应。

进一步的，预磁化硫化零价铁的投加量为28–56mg/L废水。催化剂的投加量对污染物降解有直接影响，随着投加量的增加其催化性能逐渐提高，但过多的投加量会导致体系中产生过量的Fe

进一步的，所述的碳阴极为炭黑/PTFE改性阴极或GDE空气扩散电极。

进一步的，所述电流控制在10-100mA。

进一步的，所述pH为3-10。

本发明的技术原理是：

本发明采用化学方法和物理方法相结合的手段对Fe

涉及的主要反应如下：

(1)O

(2)2Fe

(3)H

(4)2FeS

(5)FeS+8Fe

本发明具有以下的突出特点和有益效果：

(1)通过耦合预磁化和硫化手段对普通零价铁进行表面改性，可以有效促进催化剂表面电子传递速率和Fe

(2)构建的预磁化硫化零价铁非均相电芬顿工艺体系，在相同条件下对有机污染物的降解比未硫化仅预磁化体系和未预磁化仅硫化体系效果好，其去除效率有2-11倍的提升，且具有良好的循环性能。

(3)通过应用改性碳毡为阴极，可以保证反应过程中连续不断的原位产生H

附图说明

图1为在相同条件下(a)不同催化剂对卡马西平(CBZ)的降解，(b)不同催化剂降解CBZ的速率常数k值图，(c)不同催化剂的溶出随时间的变化。

图2为(a)pre-S/Fe

图3为在相同条件下pre-S/Fe

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

采用硫化钠硫化法将初始pH值为6.0的乙酸钠缓冲溶液250ml倒入试剂瓶中，曝氮气30min以去除氧气，取1g零价铁和一定量硫化钠(1mol/L)按S/Fe摩尔比0.056加入试剂瓶中后立即密封，置于旋转震荡反应器中混合反应12h，得到硫化零价铁，并经过真空抽滤和冷冻干燥12h，得到干燥的硫化零价铁。取0.3g左右硫化零价铁置于玻璃瓶中，调节预磁化装置磁场强度为20–40mT并将玻璃瓶置于其中进行预磁化2-3min，得到经过预磁化和硫化的零价铁。

实施例2

采用球磨硫化法将还原铁粉和硫粉按摩尔比0.1混合并密封在放有氧化锆球的广口瓶中，将广口瓶置于球磨机中，在氩气和室温条件下，以400rpm转速研磨30h，后将样品收集得到硫化的零价铁，取0.3g左右收集的样品置于玻璃瓶中，调节预磁化装置磁场强度为20–40mT并将玻璃瓶置于其中进行预磁化2-3min，得到经过预磁化和硫化的零价铁。

对比例1

将初始pH值为6.0的乙酸钠缓冲溶液250ml倒入试剂瓶中，曝氮气30min以去除氧气，取1g零价铁放入试剂瓶中后立即密封，不加入硫化钠，置于旋转震荡反应器中混合反应12h，并经过真空抽滤和冷冻干燥12h后收集样品，取0.3g左右置于玻璃瓶中，调节预磁化装置磁场强度为20–40mT并将玻璃瓶置于其中进行预磁化2-3min，得到未硫化仅预磁化(pre-Fe

对比例2

采用硫化钠硫化法将初始pH值为6.0的乙酸钠缓冲溶液250ml倒入试剂瓶中，曝氮气30min以去除氧气，取1g零价铁和一定量硫化钠(1mol/L)按固定S/Fe比加入试剂瓶中后立即密封，置于旋转震荡反应器中混合反应12h，并经过真空抽滤和冷冻干燥12h，收集样品得到未预磁化仅硫化(S/Fe

(1)验证预磁化硫化零价铁非均相电芬顿对CBZ的降解能力

将含CBZ(10mg/L)的废水倒入200mL烧杯，添加50mM无水硫酸钠作为电解质，然后调节废水pH至4左右，以DSA为阳极，改性碳毡为阴极同时曝气并搅拌，分别加入56mg/L预磁化硫化零价铁pre-S/Fe

如图1中(a)、(b)所示，pre-S/Fe

同时监测了不同零价铁非均相电芬顿工艺体系反应过程中Fe

(2)验证预磁化硫化零价铁非均相电芬顿的循环稳定性

对预磁化硫化零价铁非均相电芬顿进行了循环稳定性测试，如图2中(a)(b)所示，在实例1的反应条件下，经过8次的重复性循环实验后，该体系对CBZ的降解仍能保持良好的效果，体系中Fe

(3)验证预磁化硫化零价铁非均相电芬顿对不同污染物的降解能力

对预磁化硫化零价铁非均相电芬顿进行了对初始浓度为10mg/L的不同污染物降解性能测试，如图3所示，在实例1的反应条件下，该体系对磺胺二甲基嘧啶(SMT)，对氯苯酚(p-chlorophenol)，2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-D)，阿特拉津(ATZ)，罗丹明B(RhB)的降解均能实现完全去除，说明该催化剂的使用对不同种抗生素类、农药类以及染料等有机物均有良好效果。

以上所述，仅为本发明的一个实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺利地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所示的内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施实例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施实例所做的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均属于本发明的技术方案的保护范围之内。