一种有机生态污染综合废水的处理材料、制备方法和废水处理方法与流程

1.本发明涉及一种废水处理材料，尤其涉及一种有机生态污染综合废水的处理材料、制备方法和废水处理方法。


背景技术：

2.随着现代农业的发展，在农田大量使用农药。在农田使用的农药大部分随着农田的排水排到了江河里面，造成生态环境的污染。农田使用的农药的成分非常复杂；尤其是农药里面的有机成分是很难去除的，甚至有些成分是有毒的，农田里面被污染的水体被排放后，形成持久性的有机污染水体，对生态系统和人类的健康造成严重的危害。为了消除低浓度的持久性有机污染物，人们付出了巨大的努力，开发了多种方法，如吸附、光降解、生物降解、电化学降解等。高级氧化工艺 (aops) 是利用自由基分解顽固成分的有效方法，其中硫酸根(so4
•−
)基于过硫酸盐的活化是目前最新的处理工艺so4
•−
的氧化还原电位高于传统的羟基自由基，这使得so4
•−
自身更强去除顽固污染物的氧化能力。此外，so4
•‑
比
•
oh具有更长的半衰期和在较宽的ph范围内更好的适应性。因此，基于so4
•− 的氧化工艺具有高效、反应迅速、对持久性有机污染物分解彻底的优点。
3.然而对过硫酸盐的活化是一个比较艰难的过程。目前一般选择纳米催化剂对过硫酸盐进行活化，纳米催化剂具有粒径小，表面缺陷多，活性位点多，催化效率高的特点。然而，纳米颗粒的高表面能使其容易聚集成大颗粒，从而降低催化效率。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对有机污染水体处理效率高，并且处理材料易回收的有机生态污染综合废水的处理材料、制备方法和废水处理方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种有机生态污染综合废水的处理材料，包括过硫酸盐和催化剂，所述催化剂包括活化剂和载体，所述活化剂负载在载体上，所述载体包括生物质活性炭，所述活化剂包括氧化铁纳米颗粒，所述氧化铁纳米颗粒包括结晶的fe3o4和α
‑
fe0。
6.上述的有机生态污染综合废水的处理材料，优选的，所述生物质活性炭包括樱桃核碳化后得到的活性碳。
7.上述的有机生态污染综合废水的处理材料，优选的，所述活化剂复合在载体上后氧元素的重量为催化剂总重量的30%
‑
70%。
8.上述的有机生态污染综合废水的处理材料的制备方法，包括以下步骤；1）催化剂的制备；将樱桃核研磨，研磨后的粉末粒径小于100目； fecl3粉末和步骤得到的樱桃核粉末在分散剂中分散均匀，加热蒸干；
将步骤得到的固态物质进行研磨得到砂浆，并且将砂浆放入到烧结炉中；将砂浆在烧结炉在惰性气体的保护下进行烧结，烧结温度在700
‑
900摄氏度；2）将步骤1）得到的催化剂和过硫酸盐按照预设的比例包装。
9.上述的有机生态污染综合废水的处理材料的制备方法，优选的，所述分散剂包括醇类或者醚类。
10.上述的有机生态污染综合废水的处理材料的制备方法，优选的，所述步骤中烧结的时候烧结炉的升温速率为5
‑
10℃/min。
11.一种有机生态污染综合废水的处理材料的废水处理方法，包括以下步骤；1）调节废水的ph值到酸性；2）加入过硫酸盐和催化剂并且在废水中分散均匀，使得有机污染物得到充分的降解。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中利用fe
3
在高温下氧化并碳化，同时部分fe
3
被还原为低价态并与生物质中的氧原子结合；从而一步制备了负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料（bac/feo
x
）。本发明制备的负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料具有原料成本低且环保对过硫酸盐活化效率高的有点。
附图说明
13.图1为实施例1中负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料的tem图。
14.图2为实施例1中负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料的sem图。
15.图3为fe含量为20%的bac/feo
x
材料的sem图。
16.图4为fe含量为80%的bac/feo
x
材料的sem图。
具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
18.需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
19.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
20.实施例1本实施例提供的一种有机生态污染综合废水的处理材料，包括过硫酸盐和催化剂，催化剂包括活化剂和载体，活化剂负载在载体上，载体为樱桃核碳化形成的生物质活性炭，活化剂包括氧化铁纳米颗粒，氧化铁纳米颗粒包括结晶的fe3o4和α
‑
fe0。活化剂复合在载体上后氧元素的重量为催化剂总重量的50%。
21.本实施例提供一种有机生态污染综合废水的处理材料的制备方法。1）将28.9 g fecl3和10g樱桃核粉分散在100ml甲醇中，在磁力作用下将混合物加热至50℃搅拌至干。将
得到的固体物质在玻璃杯中研磨将砂浆放入烧结中，以10℃/min 的升温速率加热至800℃，并在氮气气氛下保持2小时；得到催化剂，也就是负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料。
22.图1为本实施例中负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料的tem图，从图中我们可以清楚的观察到feo
x 纳米粒子均匀分布在灰色 bac 基底上，feo
x
纳米粒子几乎呈球形，直径在10
‑
30 nm 范围内。bac 基底外没有孤立的 feo
x
纳米粒子出现，表明feo
x
纳米粒子都锚定在基底上，有利于这些纳米粒子的分散和稳定，并且随着 bac和氧化铁纳米粒子之间的协同作用，活化性能后的过硫酸盐降解有机污染物的能力将大大增加。
23.图2为本实施例中负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料的sem图；如图2所示，由于 fe
3 的氧化成孔作用，bac 基体表现出粗糙的表面和多孔结构。可以清楚地观察到 feo
x
纳米粒子均匀地负载在bac上，并且直径与tem图像吻合良好。值得注意的是，feo
x
纳米颗粒由大量更细的晶粒组成，使表面更加粗糙，暴露出更多的活性位点；从而提高对过硫酸盐的活化效率。
24.本实施例的bac/feo
x
具有顺磁性，本实施例的bac/feo
x
具有微小的矫顽力 (38oe) 和剩磁 (0.67emu/g)，能够用磁铁将催化剂从溶液中分离出来；并且由于具有超顺磁性，在磁场消失的时候，材料将再次分散在溶液中，这样能够保证bac/feo
x
材料的收集、再生和再利用。
25.由于有机生态污染综合废水的成分很复杂，为了方便分析，本实施例采用双酚（bpa）替代有机污染综合废水。本实施例在处理双酚废水的时候，bpa的浓度设置为20 mg/l，催化剂和过硫酸盐（pds） 的浓度分别为0.1g/l 和1g/l；本实施例的过硫酸盐采用的是过硫酸钠。
26.在进行降解实验的时候将处理溶液调到酸性，再将催化剂加入 bpa溶液中并超声分散30秒以获得均匀的悬浮液，然后加入pds以引发反应。在进行分析的时候，取出 4 ml 悬浮液并加入 1 ml 乙醇以淬灭反应。收集上清液后并用 0.25
ꢀµ
m的过滤网进行过滤，随后测定 bpa 浓度。
27.本实施例的降解实验表明采用本实施例得到的负载有氧化铁纳米颗粒的生物质活性炭材料来活化过硫酸盐来处理双酚废水能够在5min内可完全分解20mg/l的bpa。
28.图3为fe含量为20%的bac/feo
x
材料的sem图。本实施例的bac/feo
x
的材料中铁的含量为50%左右，当fe含量过低，例如fe含量在20%的时候可从图3中看出在材料的表面几乎没有看到feo
x
纳米颗粒，这说明由于fe含量过低在材料表面的活化位点少，从而影响对过硫酸盐的活化效率。当fe含量过高，例如fe含量在80%的时候，从图4可以看出在材料表面有大量微小的纳米颗粒密集的堆积，这说明由于fe浓度高，形成了大量晶核，晶核生长成微小的纳米颗粒，锚定在生物炭基体上。而这些大颗粒具有较少暴露的活性位点，从而影响催化效率。
29.在本实施例中，在双酚废水中加入催化剂的量对双酚的去除也是有影响的。在不添加催化剂的20mg/l的bpa溶液中，直接用1g/l的过硫酸盐（pds）进行处理，在20分钟内bpa的去除效率仅为7.1%，表明pds对bpa的氧化能力较低。本实施例的bac/feo
x
的加入显着提高了bpa的去除效率和去除率，仅0.05g/l的本实施例的bac/feo
x
就能在15分钟内完全降解20mg/l的bpa。随着bac/feo
x
用量的增加，去除效率和去除率也随之提高。当bac/feo
x
的用量
为0.1g/l和0.2g/l时，完全去除20mg/l的bpa需要5和3min，而当bac的用量在0.2g/l的基础上进一步增加时，去除效率和速率没有明显的进一步提高，这说明过硫酸盐对bpa的处理效率达到了一个极限。在一定的范围内增加bac/feo
x
的用量能够提供更多的活性位点，使得过硫酸盐产生更多的so4
•−
，最终增强了 bpa 的降解。在本实施例中，容易想到的是，增加pds 浓度对bpa的去除也是有影响的，但是pds 浓度一般不超过1.5 g/l，在pds 浓度为1.5g/l的时候，将20 mg/l的bpa完全降解只需要3分钟。