【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及酚類污染物處理，具體涉及一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法及其在水質凈化中的應用。
技術介紹
1、酚類物質是當今世界上工業廢水中最主要的有機污染物之一，在許多工業領域諸如煤氣、焦化、煉油、冶金、機械制造、玻璃、石油化工、木材纖維、化學有機合成、塑料、醫藥、農藥、油漆等均有應用。以苯酚為首的有毒酚類污染物會通過皮膚接觸、口服以及吸入等方式進入人體，并造成包括組織損傷、內分泌干擾等危害，且其在水體中較為穩定，能夠通過遷移、吸附和揮發等方式持續對環境造成威脅。不僅如此，根據其取代官能團的不同，酚類污染物可能對于同一處理方式表現出不同的敏感性。因此，選擇一種全面且高效的降解工藝是一個重要的環保課題。
2、高級氧化技術是通過外加能量或添加催化劑活化臭氧以及過氧化物，生成羥基自由基(·oh)、硫酸根自由基(·so4-)和單線態氧(1o2)等活性物質，進而對水體中的有機污染物進行氧化降解的一種污水處理工藝。由于其氧化能力強、效率高、占地面積小等優點而在環境保護領域有著廣泛的應用。選取一種高效、綠色、經濟的催化劑，能過在很大程度上提升高級氧化工藝的效率，并有效減少二次污染，因此在環保領域有著廣泛的應用。
3、目前，國內外常用的金屬離子和氧化物催化高級氧化法反應條件苛刻，且會產生次生污染物。基于碳材料的催化氧化法具有環保、節能和無二次污染等重要技術特性，是一種去除酚類污染物的理想水處理手段。碳材料作為近年新興的催化劑材料，其在高級氧化領域的應用有著獨特的優勢：首先，相對于傳統的芬頓工藝，碳材料催化的高級氧化
4、近年來，隨著農業經濟的發展，板栗產量達到數百萬噸，隨之產生的大量板栗殼成為不可忽視的固廢來源。目前對于板栗殼的資源化利用方式十分有限，主要以作為生物燃料以及堆肥為主，因此，尋找一種高效的板栗殼資源化方式有著很大的現實意義。板栗殼含有豐富木質素和纖維素，具有被轉化為高質量熱解炭潛力。然而，常規熱解工藝的板栗殼資源化回收過程，在經過熱解反應后的產物易發生團聚現象，熱解產物過度密實，比表面積下降，有效活性位點數量有限，導致其吸附和催化活性等功能化應用潛力不高。這主要是因為熱解炭吸附和催化活性主要來源于其廣泛暴露的石墨化表面上的含氧官能團以及表面和亞表面結構缺陷，這些活性位點不僅能夠活化過硫酸氫根生成活性物質，也能夠通過碳材料表面介導從所吸附污染物到過硫酸氫根的電子傳導，從而實現有機污染物氧化。就高級氧化提升而言，制備具有高催化性能的催化劑是目前主流研究方向之一，通過簡單經濟方式定向引入活性位點制備高效熱解炭催化劑的方式需要進一步推進。
5、鑒于上述缺陷，本專利技術創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決如何通過簡單經濟方式定向引入活性位點制備高效熱解炭作為類芬頓催化劑用于降解酚類污染物的問題，提供了一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法及其在水質凈化中的應用。
2、為了實現上述目的，本專利技術公開了一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，包括以下步驟：
3、s1，將板栗殼在氮氣氛圍下煅燒，所得產物與強堿固體粉末混合后研磨得到混合物；
4、s2，將步驟s1中得到的混合物在氮氣氛圍下煅燒，所得產物經過充分洗滌后干燥，得到堿活化板栗殼熱解炭，即類芬頓催化劑。
5、所述步驟s1中，煅燒溫度為400℃，煅燒時間為1.0h～10.0h，煅燒后所得產物與強堿固體粉末的質量比為1:4～4:1，研磨時間為0.5h～3.0h。
6、所述步驟s2中，煅燒溫度為500℃～800℃，煅燒時間為1.0h～10.0h。
7、本專利技術還公開了采用上述制備方法制得的類芬頓催化劑，這種類芬頓催化劑具有高度石墨化的雜化結構，具有豐富的表面含氧官能團和缺陷位點。
8、本專利技術還公開了上述類芬頓催化劑在水質凈化中的應用，所述類芬頓催化劑通過催化過硫酸氫鹽降解酚類污染物，具體包括以下步驟：
9、(1)向酚類污染物中加入過硫酸氫鹽后得到混合溶液；
10、(2)向步驟(1)中得到的混合溶液中加入腐殖酸鈉，調整催化降解體系ph值為4.0～10.0；
11、(3)再加入類芬頓催化劑，攪拌反應后完成對酚類污染物的催化降解。
12、所述步驟(1)中，混合溶液中，過硫酸氫根離子的濃度為0.05～1mm。
13、所述步驟(1)中，酚類污染物的濃度為20mg/l。
14、所述步驟(2)中，腐殖酸鈉的加入量為0～30mg/l。
15、所述步驟(3)中，類芬頓催化劑的加入量為0.05～0.2g/l，攪拌轉速為500rpm，反應時間為90min。
16、所述酚類污染物為苯酚、對氯苯酚、2，4-二氯苯酚、對硝基苯酚、鄰硝基苯酚、雙酚a中的任意一種或多種組合。
17、本專利技術通過兩步法堿活化制備板栗殼熱解炭(類芬頓催化劑)，并將其用于活化過硫酸氫鹽，實現廢水中酚類污染物的催化降解。本專利技術通過堿活化以結構為導向向板栗殼熱解炭引入催化活性位點，以簡單經濟的方法制備出高效的類芬頓催化劑，在不造成二次污染前提下，實現水中典型酚類污染物的綠色、高效去除和水質安全提升。
18、在催化降解的過程中，酚類污染物在堿活化熱解炭催化下，通過兩種路徑被過硫酸氫鉀氧化降解，其一為熱解炭表面羰基向過硫酸氫根傳遞一個電子，產生·oh和·so4-等活性物質，進而降解酚類污染物。其二為吸附在缺陷位點上的酚類污染物通過熱解炭的石墨化表面向同樣被吸附的過硫酸氫根直接傳導兩個電子，從而被氧化分解。
19、本專利技術的工作原理：堿活化處理后的板栗殼熱解炭具有高石墨化程度和豐富的表面缺陷及含氧官能團，并因此可以通過自由基及非自由基兩種路徑催化過硫酸氫鹽氧化酚類污染物。一方面，過硫酸氫根在堿活化板栗殼熱解炭表面羰基官能團的催化作用下生成·so4-以及·oh，兩種自由基直接與酚類污染物反應并將其氧化降解，即自由基路徑。另一方面，堿活化板栗殼熱解炭具有高石墨化程度以及豐富的表面缺陷，可以直接通過其石墨化表面介導由被吸附的酚類污染物到過硫酸氫根的雙電子傳導，實現酚類污染物的高效氧化，即非自由基路徑。
20、本專利技術使用氫氧化鉀活化板栗殼熱解炭，并將其作為類芬頓催化劑用于高效催化過硫酸氫鹽降解酚類污染物的新方法。這種新方法適用于存在酚類污染物的各類廢水，由于酚類物質在所屬降解過程中通過兩種路徑被過硫酸氫鉀氧化降解，其一為熱解炭表面羰基向過硫酸氫根傳遞一個電子，產生·oh和·so4-等活性物質，進而降解酚類污染物(自由基路徑)；其二為吸附本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，所述步驟S1中，煅燒溫度為400℃，煅燒時間為1.0h～10.0h，煅燒后所得產物與強堿固體粉末的質量比為1:4～4:1，研磨時間為0.5h～3.0h。
3.如權利要求1所述的一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，所述步驟S2中，煅燒溫度為500℃～800℃，煅燒時間為1.0h～10.0h。
4.一種采用如權利要求1～3任一項所述的制備方法制得的類芬頓催化劑。
5.一種如權利要求4所述的類芬頓催化劑在水質凈化中的應用，其特征在于，所述類芬頓催化劑通過催化過硫酸氫鹽降解酚類污染物，具體包括以下步驟：
6.如權利要求5所述的一種類芬頓催化劑在水質凈化中的應用，其特征在于，所述步驟(1)中，混合溶液中，過硫酸氫根離子的濃度為0.05～1mM。
7.如權利要求5所述的一種類芬頓催化劑在水質凈化中的應用，其特征在于，所述步驟(1)中，酚類污染物的濃度為20mg/L。<...
【技術特征摘要】
1.一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，所述步驟s1中，煅燒溫度為400℃，煅燒時間為1.0h～10.0h，煅燒后所得產物與強堿固體粉末的質量比為1:4～4:1，研磨時間為0.5h～3.0h。
3.如權利要求1所述的一種利用板栗殼制備類芬頓催化劑的方法，其特征在于，所述步驟s2中，煅燒溫度為500℃～800℃，煅燒時間為1.0h～10.0h。
4.一種采用如權利要求1～3任一項所述的制備方法制得的類芬頓催化劑。
5.一種如權利要求4所述的類芬頓催化劑在水質凈化中的應用，其特征在于，所述類芬頓催化劑通過催化過硫酸氫鹽降解酚類污染物，具體包括以下步驟：
6.如權利要求5所述的一種類芬頓催化劑在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李家勝，張愛勇，王凌峰，趙魯，朱靜坤，陳宬，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：
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