CN102049253A - 一种用于臭氧氧化处理废水专用催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于催化技术领域，涉及一种用于臭氧氧化的专用催化剂的制备方法。采用硫酸锰和硝酸钾溶液为浸渍液，棒状活性炭为载体，用浸渍和高温固化的方式将锰高度分散到活性炭的孔道和表面上，制备合适固定床形式的催化剂。本发明方法制备的催化剂催化性能高、使用周期长而且易于操作，适合工业化大规模生产的臭氧氧化处理废水。

Description

一种用于臭氧氧化处理废水专用催化剂的制备方法
技术领域：本发明属于催化技术领域，涉及一种用于臭氧氧化的专用催化剂的制备方法，具体指棒状活性炭负载锰催化剂的制备方法。
背景技术：近年来，人们对臭氧的研究和应用日益增多。臭氧氧化技术有很多优点：臭氧氧化能力强，低浓度中可瞬时反应，氧化能力是氯的2倍；不产生污泥和臭味，无二次污染；臭氧只发生氧化反应，易与其它技术联合使用，废水处理装置也容易控制。臭氧氧化作用机理普遍认为是臭氧离解而生成羟基自由基，它是在水中已知的氧化剂中最活泼的氧化剂，很容易将各种类型的有机物氧化。
臭氧作为一种强氧化剂，与废水中的有机物只发生氧化反应，不会产生对人体有害的有机成分和二次污染，近年来在水处理方面受到广泛的关注。目前，臭氧氧化技术的发展趋势，正逐步从单一使用臭氧处理向与活性炭、双氧水(H2O2)、光催化、金属催化、超声强化等复合技术的方向发展。
多相催化氧化臭氧氧化技术克服了单独臭氧氧化的不足的地方，可以分解废水中单独臭氧氧化难降解的有机污染物。高活性、稳定性高的催化剂是催化氧化技术的应用的关键技术之一。考虑到处理成本，人们正着重研制以过渡金属为主的高活性、使用寿命长的催化剂。
此类催化剂的研究报告已发表很多，如采用高锰酸钾溶液直接浸渍活性炭方法制备负载型锰金属氧化物催化剂MnOx/GAC，该方法利用高锰酸钾与活性炭之间发生氧化还原反应，生成的锰氧化物在载体颗粒活性炭上附着牢固。以颗粒活性炭为载体，采用浸渍法制备含铜催化剂用于处理印染废水；还有采用γ-Al2O3和ZrO2作为载体制备含Mn、Ni、Co、Cu等金属组分的催化剂，用于臭氧氧化用催化剂，效果尚可。
但上述方法都存在工业化实施困难，连续化程度不高，需增加水与催化剂分离装置，而且选用的载体气阻现象严重，工程问题难解决。
发明内容：本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种催化性能高、使用周期长而且易于操作的适合工业化大规模生产的臭氧氧化处理废水的专用催化剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用硫酸锰和硝酸钾溶液为浸渍液，棒状活性炭为载体，采用浸渍和高温固化的方式将锰高度分散到活性炭的孔道和表面上，制备了合适固定床形式的催化剂。同单独活性炭催化臭氧氧化比较，该催化剂显示了很高的活性，而且在中性条件下也能处理高浓度有机废水。
本发明的技术方案是：采用直接浸渍法，将硫酸锰和硝酸钾溶液配成浸渍液，然后加入经预处理后的载体活性炭，在室温下浸渍20-24小时，固液分离后，得到的固体在80-110℃干燥8-12小时，然后在230-240℃固化36-48小时，得到催化剂成品，催化剂中锰含量以锰计算重量百分比为0.1-0.5％。
一般地，本发明催化剂载体活性炭的预处理是活性炭在重量百分比5％-10％的类似NaOH的强碱溶液中常温下浸泡20-24小时后，过滤除去溶液，用水清洗至出水为中性，再在常温下浸泡于重量百分比5％-10％盐酸中20-24小时，过滤除去溶液，用水清洗至出水pH为6-8，晾干，在80-110℃烘8-12小时。
所述的催化剂载体活性炭为φ3mm的棒状活性炭；浸渍液为重量百分比5％的硫酸锰和重量百分比2.5％的硝酸钾溶液配制而成。
具体实施方式：下面结合实施例对本发明加以详细描述。实施例1：本实施例中，采用市售φ3mm棒状活性炭为载体，其强度为69.1N/cm2，堆积密度为0.54g/ml，活性炭经碱和酸处理后，于80-110℃干燥12小时，以硫酸锰和硝酸钾为原料，采用浸渍法，浸渍液为5％硫酸锰和2.5％硝酸钾溶液，浸渍时间为24小时，浸渍完成后在80-110℃下干燥12小时，再置于马福炉中在230-240℃下固化48小时，得到含锰0.1％-0.15％、钾0.05-0.1％的棒状颗粒催化剂，催化剂强度提高到101.6N/cm2，堆积密度由0.5g/ml提高到0.60-0.69g/ml。
实施例2：本实施例中，同实施例1不同的是浸渍时间缩短到20小时，其它步骤相同。所制备的催化剂锰含量降低很小。
实施例3：本实施例中，同实施1不同的是固化时间缩短到40小时，其它步骤相同。
催化臭氧氧化处理防老剂4020废水实验：取420克左右所制备的催化剂，放在反应器中形成固定床，在常温下，将含臭氧的空气有固定底部通人反应器，所处理的废水为防老剂4020生产废水，主要有机成分为难生化的甲基异丁基酮，进行臭氧氧化的4020废水COD为4474mg/L，甲基异丁基酮为183.1mg/L，废水处理流量为210ml/h，中性条件下氧化，COD平均去除率为88.07％，甲基异丁基酮平均去除率为87.89％，氧化前4020废水有刺鼻的味道，氧化后闻不出味道。

Claims (4)

1.一种用于臭氧氧化处理废水专用催化剂的制备方法，其特征是采用直接浸渍法，将硫酸锰和硝酸钾溶液配成浸渍液，然后加入经预处理后的载体活性炭，在室温下浸渍20-24小时，固液分离后，得到的固体在80-110℃干燥8-12小时，然后在230-240℃固化36-48小时，得到催化剂成品，催化剂中锰含量以锰计算重量百分比为0.1-0.5％％。
2.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于载体活性炭的预处理是活性炭在重量百分比5％-10％的NaOH溶液中常温下浸泡20-24小时后，过滤除去溶液，用水清洗至出水为中性，再在常温下浸泡于重量百分比5％-10％盐酸中20-24小时，过滤除去溶液，用水清洗至出水pH为6-8，晾干，在80-110℃烘8-12小时。
3.根据权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于载体活性炭为φ3mm的棒状活性炭。
4.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于浸渍液为重量百分比5％的硫酸锰和重量百分比2.5％的硝酸钾溶液配制而成。
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