一种污水处理催化剂的制备方法及其在污水处理中的应用

技术领域

本发明属于水处理和环境治理技术领域，具体涉及一种污水处理催化剂的制备方法及其在污水处理中的应用。

背景技术

工业化的快速发展虽然给人们带来了便捷的生活，但同时也对我们赖以生存的环境造成了严重的污染，水污染是造成环境污染的最主要原因。水体中的污染物主要来自于石油化工、纺织印染、造纸、制革、制药等行业，有机染料是废水中常见的污染物之一。常见的污染物去除方法有生物氧化法、吸附法、膜分离法、混凝法、化学氧化法等。

类芬顿是在芬顿基础上发展起来的新的概念。它是利用含多种价态的金属（Cu、Mn、Co等）的化合物，与H

四氧化三锰（Mn

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种污水处理催化剂的制备方法及其在污水处理中的应用。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一种污水处理催化剂的制备方法，按照下述步骤依次进行：

步骤一：称取一定量的氧化石墨烯溶解于去离子水中，并进行超声处理得到均匀的悬浊液，标记为分散液1；

步骤二：将一定量的乙醇溶液加入到步骤1中的分散液1中继续搅拌，得到分散液2；

步骤三：称取一定量的四水醋酸锰和L-赖氨酸加入到步骤二中的分散液2中，继续搅拌得到悬浊液3，再将悬浊液3转移至内衬为聚四氟乙烯的高压釜中，进行水热反应；

步骤四：反应结束后，将所得的黑色产物经过数次洗涤以洗去多余未反应的组分和杂质，并将产物进行冷冻干燥，最终得到污水处理催化剂，即四氧化三锰/石墨烯复合气凝胶。

作为本发明的进一步改进，步骤一中氧化石墨烯的质量为2-9mg，所述的去离子水的容量为50mL。

作为本发明的进一步改进，步骤二中乙醇溶液的质量为20 g，乙醇和水的质量比为9:1、4:1或1:1。

作为本发明的进一步改进，步骤三中四水醋酸锰和L-赖氨酸的质量分别为30-60mg、10-30mg。

作为本发明的进一步改进，步骤三中的水热反应的100-140 ºC，水热时间6-12 h。

作为本发明的进一步改进，步骤三中的冷冻干燥是指在-50~-30℃下干燥24~48h。

一种污水处理剂在污水处理中的应用，按照下述步骤依次进行：

步骤a：将一定质量的四氧化三锰/石墨烯复合气凝胶和一定浓度的H

步骤b：记录不同时间下苯酚的浓度C

步骤c：反应结束后，静置后，气凝胶会漂浮的液面上，用镊子轻轻夹住气凝胶，用去离子水冲洗，待自然晾干后，保存，备用。

作为本发明的进一步改进，步骤a中苯酚的浓度为20 mg/L，加入的四氧化三锰/石墨烯复合气凝胶的质量为40mg，H

吸附行为是通过未加入H

苯酚浓度的测定：采用HPLC检测所取样品中苯酚的浓度，使用C18色谱柱(4.6*15cm)和紫外检测器，流动相为0.1%的乙酸和乙腈，比例为30% : 70%进行等度洗脱，流速设定为0.6 mL/min，进样体积为20 µL，柱温为35 ºC，检测波长为270 nm。

本发明所具有的有益效果是：

1、本发明使用L-赖氨酸作为交联剂，因为L-赖氨酸中的羧基和氨基和氧化石墨烯通过π—π作用堆积形成互联的三维结构。其对苯酚的芬顿氧化降解表现出优异的性能；相较于粉体Mn

2、本发明吸附及催化降解结果显示四氧化三锰/石墨烯复合气凝胶对于苯酚的吸附率达到了58%，降解率达到了为98%，远高于对比例中的粉体Mn

3、本发明气凝胶是指内部为三维结构构造且结构中分散介质为气体的纳米多孔材料，一方面，它能够很好地解决催化剂实际应用中的分散及回收问题。另一方面，其较大的比表面积、高的孔隙率及透光性能够在催化过程提供大量的催化活性位点，因此在环境治理、水处理、催化等方面具有较好的优势。

4、本发明合成了一种以四氧化三锰石墨烯复合气凝胶材料，并将其应用在芬顿氧化降解苯酚的应用中，所获得的气凝胶材料不仅易于从反应物体系中分离出来，而且还展现出优异的吸附-降解协同作用，对苯酚的去除展现出很好的效果。

附图说明

图1：实施例2和对比例中的气凝胶和粉体SEM图（左图为气凝胶，右图粉体）；

图2：实施例2和对比例中的气凝胶和粉体外观对比（左图为气凝胶，右图粉体）；

图3：实施例中的气凝胶材料和对比例中的粉体材料芬顿氧化降解性能曲线；

图4：实施例中的气凝胶材料和对比例中的粉体材料芬顿氧化降解性能曲线；

图5：实施例2中的Mn

具体实施方式

下面实施例可以使本领域技术人员全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：

（1）Mn

（2）Mn

实施例2：

（1）Mn

（2）Mn

实施例3：

（1）Mn

（2）Mn

实施例4：

（1）Mn

（2）Mn

对比例：

（1）粉体四氧化三锰的合成：称取0.17 g硫酸猛(MnSO4•H2O)加入10 mL乙醇胺溶解后，再加10 mL水经搅拌均匀后，将之转入至30 mL高压反应釜中密封后在120 ºC水热反应6 h, 反应结束后将反应釜自然冷却，所收集的浅棕色色四氧化三锰，产物用蒸溜水和乙醇离心洗涤，后经70 ºC真空干燥。收集的样品标记为Mn

（2）粉体四氧化三锰催化氧化苯酚溶液：按照实施例1中的降解条件来进行。经测量，反应过后体系浓度为11.63 mg/L，降解率为42%，吸附率为13%。

图2（左图）可知，气凝胶结构的多孔结构，这为苯酚的吸附提供了很好的吸附位点。由图3可知，所有的气凝胶材料对于苯酚的芬顿降解性能远高于粉体材料，同时图4也表明，这种气凝胶的吸附量也远远高于粉体材料，说明该类气凝胶材料存在吸附-降解的协同作用，从而在芬顿氧化过程中展现出很好的性能。同时，图5表明，在酸性和碱性条件下，这种气凝胶都具备很好的催化性能，说明这在实际的废水处理中也具备一定的应用前景。

另外，实施例1-4说明了本专利有最佳反应条件要求，在非最佳反应条件下，无法达到本专利最佳效果。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。