CN117046491A - 一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117046491A CN117046491A CN202311025981.0A CN202311025981A CN117046491A CN 117046491 A CN117046491 A CN 117046491A CN 202311025981 A CN202311025981 A CN 202311025981A CN 117046491 A CN117046491 A CN 117046491A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manganese slag
- manganese
- based catalyst
- slag
- modifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 226
- 239000011572 manganese Substances 0.000 title claims abstract description 223
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 222
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 220
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 51
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 61
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 59
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 20
- HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M potassium;sulfooxy sulfate Chemical compound [K+].OS(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 claims description 11
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 claims description 11
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 claims description 11
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims description 2
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229940099607 manganese chloride Drugs 0.000 claims description 2
- MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);dinitrate Chemical compound [Mn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MIVBAHRSNUNMPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009270 solid waste treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 18
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 16
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N chembl454950 Chemical compound [Cl-].C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H]([NH+](C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229960004989 tetracycline hydrochloride Drugs 0.000 description 7
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011656 manganese carbonate Substances 0.000 description 2
- 235000006748 manganese carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229940093474 manganese carbonate Drugs 0.000 description 2
- 229910000016 manganese(II) carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L manganese(ii) carbonate Chemical compound [Mn+2].[O-]C([O-])=O XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GGLZPLKKBSSKCX-YFKPBYRVSA-N L-ethionine Chemical compound CCSCC[C@H](N)C(O)=O GGLZPLKKBSSKCX-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N carbamazepine Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2N(C(=O)N)C2=CC=CC=C21 FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000623 carbamazepine Drugs 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- ZOOODBUHSVUZEM-UHFFFAOYSA-N ethoxymethanedithioic acid Chemical compound CCOC(S)=S ZOOODBUHSVUZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000008396 flotation agent Substances 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
- B01J23/34—Manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/14—Paint wastes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用,属于固废处理技术领域。本发明包括如下步骤:将锰渣加入水中混匀得到锰渣浊液,再将可溶性锰盐溶液和高锰酸钾溶液混合后加入锰渣浊液进行水热反应,洗涤干燥后即可得到锰渣基催化剂。本发明采用锰渣作为主要原料,制得的催化剂能够高效降解常见的有机废水,达到了“以废治废”的目的。另外,原料锰渣以及改性剂均廉价易得,制备方法简单,生产成本低,利于工业化推广使用。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域,具体涉及一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
锰渣是电解金属锰、电解二氧化锰或硫酸锰生产过程中,碳酸锰矿或氧化锰矿经硫酸浸出和固液分离后得到的工业固废。随着矿石的不断开采,我国锰矿的品位不断降低,加上压滤工艺等因素限制,导致锰渣产量急速增加,每生产一吨产品,会产生约10吨的废渣。锰渣主要化学成分为Si、Al、Ca、Fe、S等元素,另外还含有可溶性的Mn2+等有害离子,故锰渣若不经处理,随意堆放,会对周边空气、水和土壤等造成严重污染。现阶段锰渣主要以渣库堆放为主,亟待资源化综合利用。如果能实现含锰渣固废的综合利用,将其用于处理有机工业废水,可实现“以废治废”,一来可以缓解库存的压力,避免环境污染,二来能够产生直接经济效益。
目前有不少研究报道了锰渣基催化剂的制备且应用于有机废水的处理中,然而仍存在一些问题:
如中国专利申请号202010178574.3公开了一种改性电解锰渣的制备方法及其在高效降解X-3B中的应用,通过将电解锰渣与NaOH溶液、EDTA-2Na进行反应得到改性后的电解锰渣,在含X-3B废水中加入改性电解锰渣以及双氧水,同时调节体系的pH值至1-5,静置达到降解X-3B的目的;该方法操作简单,但是反应的pH适用范围窄。
如中国专利申请号202110153864.7公开了一种富氧空缺四氧化三钴/锰渣复合三元金属磁性催化剂及其制备方法和应用,其是先制备富氧空缺四氧化三钴,再将球磨活化的锰渣与富氧空缺四氧化三钴在水介质中进行反应得到。该制备方法操作简单,降解效率较高,但是该复合三元金属磁性催化剂的复合材料中采用了二价钴盐作为原料之一,制备成本较高。
如中国专利申请号202010143303.4公开了一种固废基催化剂及其制备方法和应用,其是将锰渣和秸秆混合球磨到得固废基催化剂,制备过程简单,能够高效去除选矿废水中浮选药剂,具有降解速率快,使用成本低等特点。然而该方法制备的催化剂是针对选矿废水中常见的捕收剂和起泡剂,如乙基黄药、丁基黑药、乙硫氮、酯-200和松油醇等的处理,处理对象特殊。
如中国专利申请号201910484385.6公开了一种电解锰渣作为光催化剂处理有机废水的方法,其是以研磨、洗涤、烘干后的电解锰渣为光催化剂,放入有机废水中,采用紫外光照射,从而降解有机废水中的污染物。虽然催化剂的制备方法简单,但是其仅对卡马西平有较高的降解率,降解有机污染物的种类单一,再者该技术需要依赖紫外光辐射进行辅助降解,不仅成本高,而且难以实现工业化应用。
发明内容
针对上述现有技术中的不足,本发明提供了一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用。本发明以锰渣作为主要原料,制得的催化剂能够高效降解有机废水,操作方法简单,成本低,利于工业化推广使用。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:将锰渣加入水中混匀得到锰渣浊液,再将可溶性锰盐溶液和高锰酸钾溶液混合后加入锰渣浊液进行水热反应,洗涤干燥后即可得到锰渣基催化剂。
进一步的,所述的一种锰渣基催化剂的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣在105℃下烘24h,烘干后过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入5-15mL水中振荡12-48h,制得锰渣浊液;
(2)改性剂制备:将0.1-1.0g可溶性锰盐加入10-30mL水中,搅拌均匀,得到可溶性锰盐溶液即改性剂I;将0.1-0.6g高锰酸钾加入10-30mL水中,搅拌均匀,得到高锰酸钾溶液即改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌10-15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在100-180℃下水热反应0.5-24h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
进一步的,步骤(2)中,所述可溶性锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰的其中一种或几种组合。
进一步的,所述锰渣中的锰元素含量为8-15wt%,铁元素含量大于13wt%,钙元素含量小于1wt%,硫元素含量小于7.5wt%。
本发明还提供由上述的制备方法制得的锰渣基催化剂。
本发明还提供一种锰渣基催化剂的应用,将所述锰渣基催化剂应用于降解有机废水,所述有机废水为含有有机染料和/或抗生素的废水。
进一步的,所述的一种锰渣基催化剂的应用,具体是包括如下步骤:将锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应。
进一步的,所述有机废水的pH值范围为2-12;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为0.5-2.0g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.1-1mmol/L;所述有机废水中的有机染料的浓度不高于100mg/L和/或抗生素的浓度不高于20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为5-40℃,降解反应的时间为5-30min。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明采用锰渣作为主要原料,制得的催化剂能够高效降解常见的有机废水,达到了“以废治废”的目的。另外,原料锰渣以及改性剂均廉价易得,制备方法简单,生产成本低,利于工业化推广使用。
2、本发明的锰渣基催化剂的降解反应pH值范围大:为2-12,降解反应的温度范围宽:为5-40℃,降解反应的时间短:为5-30min,且本发明的锰渣基催化剂能够对多种类型的有机废水进行处理,如有机染料废水(包括罗丹明、亚甲基蓝、结晶紫等常见染料废水)、抗生素废水等。综上,本发明的锰渣基催化剂对有机物降解反应条件的限制较小,可在较短时间内对有机废水实现高效降解,且应用领域广泛。
3、本发明的锰渣基催化剂能够对有机废水进行有效降解,在30min内,有机废水中罗丹明B的去除率达98%以上,盐酸四环素的去除率达到70%以上;经过五次循环使用后,锰渣基催化剂的降解效果基本能够保持原有水平。
附图说明
图1为本发明实施例1中的预处理锰渣和锰渣基催化剂的扫描电镜图,图中的a为预处理锰渣,b为锰渣基催化剂;
图2为实施例1-7及对比例1-3的锰渣基催化剂对罗丹明B的去除率的变化曲线图;
图3为实施例1及对比例2的锰渣基催化剂对亚甲基蓝的去除率的变化曲线图;
图4为实施例1及对比例2的锰渣基催化剂对结晶紫的去除率的变化曲线图;
图5为实施例1及对比例2的锰渣基催化剂对盐酸四环素的去除率的变化曲线图;
图6为实施例1的锰渣基催化剂在不同pH值下对罗丹明B的去除率的变化曲线图;
图7为实施例1的锰渣基催化剂循环5次对罗丹明B的去除率的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣来自广西某电解二氧化锰企业,该企业以氧化锰矿为原料生产电解二氧化锰,锰渣中的锰元素含量为12.32wt%,铁元素含量为15.26wt%,钙元素含量为0.33wt%,硫元素含量为6.92wt%;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中搅拌15min,搅拌均匀,得到可溶性锰盐溶液即改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中搅拌15min,搅拌均匀,得到高锰酸钾溶液即改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应6h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
如图1所示,图中的a为本实施例步骤(1)得到的预处理锰渣,b为本实施例得到的锰渣基催化剂,由图1可知,与预处理锰渣相比,改性后得到的锰渣基催化剂中出现了大量的类球形颗粒,颗粒表面呈花状结构,使其具有更大的比表面积,从而为催化反应提供更多的活性位点,使其具有更高的催化反应活性。
实施例2
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中100℃下水热反应12h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
实施例3
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在180℃下水热反应12h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
实施例4
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应0.5h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
实施例5
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应24h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
实施例6
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.1690g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.1224g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应6h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
实施例7
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)改性剂制备:将0.8450g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.612g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应6h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
对比例1
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得锰渣基催化剂;所述锰渣同实施例1。
对比例2
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣同实施例1;
(2)水热反应:向锰渣浊液中加入40mL去离子水,在反应釜中160℃下水热反应6h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得直接水热后的锰渣。
对比例3
一种锰渣基催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣于105℃下烘24h,过100目筛,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入10mL水中振荡24h,制得锰渣浊液;所述锰渣来自广西某电解金属锰企业,该企业以碳酸锰矿为原料生产电解金属锰,锰渣中的锰元素含量为7.15wt%,铁元素含量为11.19wt%,钙元素含量为17.68wt%,硫元素含量为19.80wt%;
(2)改性剂制备:将0.3380g硫酸锰(MnSO4·4H2O)加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂I;将0.2448g高锰酸钾加入20mL水中,搅拌均匀,得到改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在反应釜中160℃下水热反应6h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
应用实施例1
含罗丹明的有机染料废水的处理:将实施例1-7以及对比例1-3制得的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应,所述有机废水的pH值为4.88;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中的罗丹明B的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,降解反应的时间为30min。用紫外-可见分光光度计检测降解效果,去除率(η)计算公式如下:
式中C0和Ct分别为废水中罗丹明B的初始浓度和降解反应到t时刻的浓度,mg/L,t为降解时间,min。
各组锰渣基催化剂对罗丹明B的去除率(%)如表1和图2所示:
表1
由表1及图2可知,本发明实施例1-7制得的锰渣基催化剂对罗丹明B具有很好的降解效果,30min内去除率达98.98%以上;而对比例1直接以锰渣作为催化剂,罗丹明B的去除率大幅下降,仅有53.05%;对比例2不对锰渣进行改性而直接进行水热反应,去除率大幅下降,仅有27.63%;对比例3使用了不同元素含量的锰渣,去除率有明显下降。
应用实施例2
含亚甲基蓝的有机染料废水的处理:将实施例1以及对比例2制得的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应,所述有机废水的pH值为8.6;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中亚甲基蓝的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,搅拌降解反应的时间为30min。用紫外-可见分光光度计检测降解效果,去除率(η)计算公式如下:
式中C0和Ct分别为废水中亚甲基蓝的初始浓度和降解反应到t时刻的浓度,mg/L,t为降解时间,min。
各组锰渣基催化剂对亚甲基蓝的去除率(%)如表2和图3所示:
表2
如表2及图3所示,实施例1制得的锰渣基催化剂对亚甲基蓝具有很好的降解效果,30min内去除率达99.55%,而对比例2在30min的去除率才37.50%。
应用实施例3
含结晶紫的有机染料废水的处理:将实施例1以及对比例2制得的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应,所述有机废水的pH值为5.75;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中结晶紫的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,搅拌降解反应的时间为30min。用紫外-可见分光光度计检测降解效果,去除率(η)计算公式如下:
式中C0和Ct分别为废水中结晶紫的初始浓度和降解反应到t时刻的浓度,mg/L,t为降解时间,min。
各组锰渣基催化剂对结晶紫的去除率(%)如表3和图4所示:
表3
如表3及图4所示,实施例1制得的锰渣基催化剂对结晶紫具有很好的降解效果,15min内去除率达99.16%,而对比例2在30min的去除率才92.60%。
应用实施例4
含盐酸四环素的抗生素废水的处理:将实施例1以及对比例2制得的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应,所述有机废水的pH值为4.98;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中盐酸四环素的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,搅拌降解反应的时间为30min。用紫外-可见分光光度计检测降解效果,去除率(η)计算公式如下:
式中C0和Ct分别为废水中盐酸四环素的初始浓度和降解反应到t时刻的浓度,mg/L,t为降解时间,min。
各组锰渣基催化剂对盐酸四环素的去除率(%)如表4和图5所示:
表4
如表4及图5所示,实施例1制得的锰渣基催化剂对盐酸四环素具有很好的降解效果,30min内去除率达70.92%,而对比例2在30min的去除率才44.37%。
应用实施例5
为了验证本发明制得的锰渣基催化剂适用pH范围广,本发明针对不同pH的含罗丹明B的有机废水进行降解,步骤如下:将实施例1制得的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应,所述有机废水的pH值分别调节为3、4.88、7、9、11;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中罗丹明B的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,降解反应的时间为30min。各pH组对罗丹明B的去除率(%)如表5和图6所示:
表5
由表5及图6可知,本发明实施例1制得的锰渣基催化剂应用于pH为3-11的有机废水处理中,在15min内去除率均达到了99%以上,说明本发明制得的锰渣基催化剂pH应用范围广。
应用实施例6
锰渣基催化剂循环实验:将实施例1完成降解反应后的锰渣基催化剂与液体分离,将分离出的锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中,进行循环降解反应,所述有机废水的pH值为4.88;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为1g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.5mmol/L;所述有机废水中罗丹明B的浓度为20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为25℃,降解反应的时间为30min。在相同条件下重复此步骤四次,锰渣基催化剂循环使用性能如表6及图7所示,循环5次,10min对罗丹明B的去除率可达92.80%,15min达到98.13%,30min达到99.33%,接近完全去除。
表6
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限制本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种锰渣基催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将锰渣加入水中混匀得到锰渣浊液,再将可溶性锰盐溶液和高锰酸钾溶液混合后加入锰渣浊液进行水热反应,洗涤干燥后即可得到锰渣基催化剂。
2.如权利要求1所述的一种锰渣基催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)锰渣处理:将锰渣烘干,得预处理锰渣;将1g预处理锰渣加入5-15mL水中振荡12-48h,制得锰渣浊液;
(2)改性剂制备:将0.1-1.0g可溶性锰盐加入10-30mL水中,搅拌均匀,得到可溶性锰盐溶液即改性剂I;将0.1-0.6g高锰酸钾加入10-30mL水中,搅拌均匀,得到高锰酸钾溶液即改性剂II;将改性剂II在搅拌条件下加入到改性剂I中,加完后持续搅拌10-15min,制得混合液A;
(3)水热反应:将锰渣浊液加入到混合液A中搅拌均匀,制得混合液B;将混合液B在100-180℃下水热反应0.5-24h,反应结束后进行抽滤,滤饼用无水乙醇、去离子水交替洗涤至洗涤液为中性,将洗涤后的滤饼烘干,制得锰渣基催化剂。
3.如权利要求2所述的一种锰渣基催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述可溶性锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰的其中一种或几种组合。
4.如权利要求1所述的一种锰渣基催化剂的制备方法,其特征在于:所述锰渣中的锰元素含量为8-15wt%,铁元素含量大于13wt%,钙元素含量小于1wt%,硫元素含量小于7.5wt%。
5.一种锰渣基催化剂,其特征在于:由权利要求1-4任一项所述的制备方法制得。
6.权利要求5所述的一种锰渣基催化剂的应用,其特征在于:应用于降解有机废水,所述有机废水为含有有机染料和/或抗生素的废水。
7.如权利要求6所述的一种锰渣基催化剂的应用,其特征在于:将锰渣基催化剂和过硫酸氢钾加入到有机废水中搅拌,进行降解反应。
8.如权利要求7所述的一种锰渣基催化剂的应用,其特征在于:所述有机废水的pH值范围为2-12;所述锰渣基催化剂在有机废水中的添加浓度为0.5-2.0g/L;所述过硫酸氢钾在有机废水中的添加浓度为0.1-1mmol/L;所述有机废水中的有机染料的浓度不高于100mg/L和/或抗生素的浓度不高于20mg/L;所述降解反应过程中,降解反应的温度为5-40℃,降解反应的时间为5-30min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311025981.0A CN117046491A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311025981.0A CN117046491A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117046491A true CN117046491A (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=88667169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311025981.0A Pending CN117046491A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117046491A (zh) |
-
2023
- 2023-08-15 CN CN202311025981.0A patent/CN117046491A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109603856B (zh) | 由废水制备Erdite棒状颗粒应用于水处理的方法 | |
CN111659453B (zh) | 一种可见光-臭氧协同催化的催化剂及其制备方法 | |
CN114057279A (zh) | 一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法 | |
CN113371813A (zh) | 一种利用铈锰改性生物炭活化过硫酸盐降解四环素的方法 | |
CN110449162B (zh) | 一种改性锰渣-铁矾渣混合渣催化剂及其制备方法和应用 | |
CN112156764A (zh) | 一种纳米TiO2/改性氧化石墨烯/有机膨润土复合材料及其制备方法 | |
CN1075790C (zh) | 碱法生产活性氧化锌的工艺方法 | |
CN111569944A (zh) | 锰离子掺杂金属有机骨架材料及其制备方法 | |
CN113426455B (zh) | 一种团簇二氧化锰负载铁的类芬顿催化剂及其制备方法 | |
CN111821967B (zh) | 一种异质结二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 | |
CN113600133A (zh) | 一种除磷吸附剂及其制备方法和应用 | |
CN117046491A (zh) | 一种锰渣基催化剂的制备方法及其应用 | |
CN111545211A (zh) | 一种氧化石墨烯-氧化镧-氢氧化钴复合材料、合成方法及其应用 | |
CN111889126A (zh) | 一种具有可见光响应的类芬顿材料的制备方法及应用 | |
CN111333741A (zh) | 一种高分子化合物除氯剂及其制备方法 | |
CN111013588A (zh) | 一种类芬顿催化剂及其制备方法和应用 | |
CN115069272A (zh) | 废旧磷酸铁锂电池正极粉提锂同步合成可见光响应光催化剂的方法 | |
CN111569890B (zh) | 一种氧化石墨烯-氧化铽-氧化铁复合材料、合成方法及其在催化降解中的应用 | |
CN113233565A (zh) | 一种重金属去除剂及其制备方法 | |
CN113426451A (zh) | 一种微米型臭氧催化剂的制备方法和应用 | |
CN113636596A (zh) | 一种纳米二氧化钛光催化剂的制备方法 | |
CN112076730A (zh) | 一种染料废水脱色剂及其制备方法和应用 | |
CN112479345A (zh) | 用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法 | |
CN110841649A (zh) | 一种铜铈双金属类芬顿催化材料的制备方法、制得的催化材料及其应用 | |
CN114873699B (zh) | 一种磁性阳离子化生物絮凝剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |