复合型吸附-催化材料的制备方法及其应用

471 编辑：中冶有色技术网来源：安庆师范大学

2023-12-07 13:37:28

权利要求书： 1.一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：

步骤1：将破碎后钢渣、赤泥和污泥进行干燥，磨成粉末，过筛得到筛下粉末A、B和C；

步骤2：将粉末A、B混合均匀，加入柠檬酸溶液浸湿并放置一段时间，再加入粉末C混匀，制成小球，然后风干，得到球形颗粒；

步骤3：经过预热、烧结及冷却过程，得到所述的复合型吸附?催化材料；

所述的粉末A：B：C=40%?60%：30%?50%：5%?15%，且使得混合样品中干重组分满足下列公式：所述步骤3中预热温度为

300?400℃，预热时间为10min?20min，烧结温度为950?1100℃，烧结时间为10min?30min；

所述步骤3中利用管式炉或马弗炉进行预热、烧结。

2.根据权利要求1所述的一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中利用球磨机将破碎后钢渣、赤泥和污泥磨成粉末，其中，所述的污泥一般为生活污水处理后剩余污泥或管渠污泥，经过调理和脱水阶段，有机质含量＞25%。

3.根据权利要求1所述的一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中利用鼓风干燥箱进行风干，风干时间为2h；所述的小球直径为3mm?5mm。

4.根据权利要求1所述的一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中过筛筛分目数≥200目。

5.根据权利要求1所述的一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述的柠檬酸溶液浓度为0.02?0.04mol/L，柠檬酸溶液与粉末A、B的固液比为4?5：1kg/L；浸泡时间为40?60min。

6.一种采用权利要求1?5任一项所述的制备方法得到的复合型吸附?催化材料的应用，其特征在于，利用复合型吸附?催化材料进行污水处理，处理方法可以分为以下几种：方法一：向污水中加入复合型吸附?催化材料的颗粒，在搅拌或曝气条件下吸附一段时间，测定污水中污染物浓度，当污染物浓度下降不明显或不降低时，取出颗粒按照步骤3重新烧制，煅烧后颗粒循环使用；

方法二：向电催化装置中加入复合型吸附?催化材料的颗粒，复合型吸附?催化材料的颗粒置于电极之间，避免与电极直接接触，在曝气条件下去除污染物，所述的电极一般由阳极和阴极组成，外接一台可调式直流电极，电压为2.5?10，工作时间为40?90min，复合材料持续工作一段时间后取出，按照步骤3重新烧制使用；

方法三：先曝气，然后向电催化装置中加入复合型吸附?催化材料颗粒，复合型吸附?催化材料颗粒置于电极之间，避免与电极直接接触，所述的电极一般由阳极和阴极组成，外接一台可调式直流电极，电压为2.5?10，工作时间为40?90min，复合材料持续工作一段时间后取出，按照步骤3重新烧制使用；其中，曝气阶段时间为30?60min，电催化阶段时间20?

50min。

7.根据权利要求6所述的一种复合型吸附?催化材料的应用，其特征在于，所述的污水一般为工业废水，如含染料类、抗生素类、重金属类污染物。

说明书：一种复合型吸附?催化材料的制备方法及其应用技术领域[0001] 本发明涉及吸附?催化材料技术领域，尤其是涉及一种复合型吸附?催化材料的制备方法及其应用。背景技术[0002] 现如今，随着工业生产的不断发展，钢铁和铝作为建筑材料的主要成分，其需求量在不断的增大，但在生产钢铁和氧化铝制品的过程中产生了大量的钢渣和赤泥，由于钢渣和赤泥的产生不能及时处理，故导致了钢渣和赤泥占用了大量的土地面积，对环境造成了污染。然而钢渣和赤泥并非是无用的“废物”，研究表明，钢渣中含有大量的氧化钙、铁以及氧化镁等成分，赤泥中含有二氧化硅、氧化铁以及氧化铝等成分。所以如何选择合适的处理工艺将钢渣赤泥变废为宝是十分必要和迫切的。[0003] 污泥作为污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。该物质不仅含水率高，其散发出来的气味极易污染环境，给居民的生活造成不便。由于污泥排放量的日益增加，卫生填埋法占用大量土地面积，且没有资源利用，因此，新型污泥处理方式地寻找迫在眉睫。[0004] 本发明是将钢渣、赤泥、污泥废物按照一定的比例混合，烧制成的复合型催化剂，由于钢渣和赤泥具有特殊的多孔性质，具有一定的吸附性，可作为一种吸附剂。又因为该复合型催化剂中具有大量的铁等金属物质，故还具有一定的导电性，可作为电催化工艺中的第三电极。本发明利用复合型催化剂的吸附性和导电性的特性，与电催化工艺结合，从而提高其降解工业废水效果。[0005] 其工业技术主要是电芬顿技术，原理就是利用电化学的催化作用，使得水中的溶2+

解氧产生的过氧化氢与外加的或者体系本身存在的Fe 发生反应。电芬顿反应的过程可以描述为：

[0006] H2O2+Fe2+→Fe3++·OH+OH?[0007] 其中H2O2来源于溶液中的溶解氧与电解产生的H+产生，其反应式为：[0008] O2+2H++2e?→H2O2发明内容[0009] 有鉴于此，本发明提供了一种复合型吸附?催化材料的制备方法及其应用。[0010] 为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：[0011] 一种复合型吸附?催化材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：[0012] 步骤1：将破碎后钢渣、赤泥和污泥进行干燥，磨成粉末，过筛得到筛下粉末A、B和C；[0013] 步骤2：将粉末A、B混合均匀，加入柠檬酸浸湿并放置一段时间，再加入粉末C混匀，制成小球，然后风干，得到球形颗粒；[0014] 步骤3：经过预热、烧结及冷却过程，得到所述的复合型吸附催化材料。[0015] 优选的，所述步骤1中利用球磨机将破碎后钢渣、赤泥和污泥磨成粉末，其中，所述的污泥一般为生活污水处理后剩余污泥或管渠污泥，经过调理和脱水阶段，有机质含量＞25％。

[0016] 优选的，所述步骤2中利用鼓风干燥箱进行风干，风干时间为2h；所述的小球直径为3mm?5mm。[0017] 优选的，所述步骤3中利用管式炉或马弗炉进行预热、烧结。[0018] 优选的，所述的筛分目数≥200目。[0019] 优选的，所述的柠檬酸溶液浓度为0.02?0.04mol/L，柠檬酸溶液与粉末A、B的固液比为4?5：1kg/L；浸泡时间为40?60min。[0020] 优选的，所述的粉末A：B：C＝40％?60％：30％?50％：5％?15％，且使得混合样品中干重组分满足下列公式：[0021][0022] 优选的，所述步骤3中预热温度为300?400℃，预热时间为10min?20min，烧结温度为950?1100℃，烧结时间为10min?30min。[0023] 一种复合型吸附?催化材料的应用，其特征在于，利用复合型催化剂对污水处理的方法可以分为以下几种：[0024] 方法一：向污水中加入颗粒，在搅拌或曝气条件下吸附一段时间，测定污水中污染物浓度，当污染物浓度下降不明显或不降低时，取出颗粒按照步骤3重新烧制，煅烧后颗粒循环使用；[0025] 方法二：向电催化装置中加入颗粒，颗粒置于电极之间，避免与电极直接接触，在曝气条件下去除污染物，所述的电极一般由阳极(钛、镍、铂及复合材料等)和阴极(石墨、钢板等)组成，外接一台可调式直流电极，电压为2.5?10，工作时间为40?90min，复合材料持续工作一段时间后取出，按照步骤3重新烧制使用。[0026] 方法三：先曝气，然后向电催化装置中加入颗粒，颗粒置于电极之间，避免与电极直接接触，所述的电极一般由阳极(钛、镍、铂及复合材料等)和阴极(石墨、钢板等)组成，外接一台可调式直流电极，电压为2.5?10，工作时间为40?90min，复合材料持续工作一段时间后取出，按照步骤3重新烧制使用；其中，所述的曝气阶段时间为30?60min，电催化阶段时间20?50min。[0027] 优选的，所述的污水一般为工业废水，如含染料类、抗生素类、重金属类污染物。[0028] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：[0029] (1)本发明复合型催化剂是将钢渣、赤泥、污泥固体废物“变废为宝”，在得到高效处理工业废水的同时，解决了钢渣、赤泥、污泥固体废物对环境的污染问题，真正意义上实现了“以废治废”的目的，实现了将固体废物资源利用化。[0030] (2)本发明复合型材料具有一定的磁性，且颗粒较大，通过磁选或过滤方式均可回收，适用多种工艺场合。[0031] (3)本发明复合材料具备吸附和电催化能力，可针对不同污染物特征，选择不同工艺过程，在保证处理效果基础上，优选经济可靠工艺路线。[0032] (4)本发明复合材料可循环利用，节约了处理成本。附图说明[0033] 图1为本发明一种复合型吸附?催化材料的制备方法及其应用的复合催化剂的扫描电子显微镜图。具体实施方式[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0035] 实施例1：[0036] a、取某制药厂含有DMF(N，N?二甲基甲酰胺)废水(COD大约在8000左右)，取该废水50mL，于1L容量瓶中定容后取900mL置于小型电解槽中(长：22cm，宽：5cm，高：10cm)，其最大容量为1200mL，电解槽由有机玻璃制成。向上述溶液中加入1.35g无水硫酸钠；

[0037] b、选取钛作为该电解的阳极，石墨片作为阴极，其中电极有效面积为16.5cm2，电极间距为1.25cm；在阳极与阴极之间加入制备好的复合材料9g，电解的过程中为了保持粒子电极不与主电极直接接触，利用丝网隔开，外接一台可调式直流电极，外加电压为5v，曝气电解80min后测定溶液中COD，相比未添加复合材料，效率提升一倍。[0038] 实施例2：[0039] a、配置40mg/L四环素溶液，取900mL置于小型电解槽中(长：22cm，宽：5cm，高：10cm)，其最大容量为1200mL，电解槽由有机玻璃制成。向上述溶液中加入0.54g氯化钠；

[0040] b、选取钛作为该电解的阳极，石墨片作为阴极，其中电极有效面积为16.5cm2，电极间距为1.25cm；在阳极与阴极之间加入制备好的复合材料1.5g，电解的过程中为了保持粒子电极不与主电极直接接触，利用丝网隔开，外接一台可调式直流电极，外加电压为5v，曝气电解90min后测定溶液中四环素浓度，计算可知其去除率为99％。[0041] 实施例3：[0042] a、配置50mg/L亚甲基蓝溶液，取900mL置于小型电解槽中(长：22cm，宽：5cm，高：10cm)，其最大容量为1200mL，电解槽由有机玻璃制成。向上述溶液中加入0.54g氯化钠；

[0043] b、先曝气40min，然后加入阴极和阳极，选取铂作为该电解的阳极，石墨片作为阴2

极，其中电极有效面积为16.5cm ，电极间距为1.25cm。在阴极和阳极之间加入制备好的复合材料1.5g置于电极之间，电解的过程中为了保持粒子电极不与主电极直接接触，利用丝网隔开，外接一台可调式直流电极，外加电压为3.5v，继续曝气电解30min后测定溶液中亚甲基蓝浓度，计算可知其去除率为99.5％。

[0044] 以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。