CN103623853B - 一种利用粉煤灰和生物质制备催化剂的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用固体废弃物粉煤灰和生物质吸附过渡金属离子后直接制备催化剂及电化学氧化降解有机废水的方法。首先将生物质破碎筛分后用去离子水洗净烘干，再将烘干后的生物质加入到过渡金属离子溶液中浸渍吸附；同时将粉煤灰烘干后加入到过渡金属离子溶液中浸渍吸附；然后将吸附过渡金属离子后的粉煤灰和生物质过滤、洗涤、烘干；将二者按比例混合搅拌均匀，加入粘结剂、水玻璃和液体石蜡，挤压成型；进而进行烘干和高温煅烧活化。将催化剂加入到含有机物的废水中进行电化学氧化降解去除有机物。该粉煤灰和生物质复合催化剂制备方法操作简单，工艺流程短，实现固体废弃物的资源化利用；而且电化学氧化降解有机物不添加药剂、环保可控。
Description
技术领域
本发明属于资源化与环境技术领域，涉及一种利用粉煤灰和生物质制备催化剂的方法及在电化学氧化降解有机废水中的应用。
背景技术
粉煤灰是电厂发电的过程中排放的固体废弃物，近年来随着能源消耗的增长，电力工业的迅速发展，粉煤灰的排放量也急剧增加。如果排放的废弃物粉煤灰不能及时合理的利用或处理，只能采取堆积的方式处置，这就会对环境造成极其恶劣的影响。粉煤灰的堆积不仅占用土地，浪费资源，污染空气，而且长时间的堆积，其中的微量元素、重金属元素、以及放射性元素等就会迁移、扩散到土壤和水体中，严重的会危害到人类的生存和健康。根据我国的国情，火力发电在今后很长的时期内仍然是主导，如果不进行综合利用，粉煤灰的排放将会持续对环境造成污染，因此粉煤灰的资源化利用，变废为宝，变害为利是目前一个迫切需要解决的大问题。
粉煤灰具有很大的比表面积，疏松的多孔结构，具有很高含量的Al2O3和SiO2，具有很好的吸附性能，因此可以作为吸附剂应用到废水处理过程中，如焦化废水、印染废水、制药废水、重金属离子废水等。此外，粉煤灰还可以作为催化剂的载体进行利用，如专利CN102861566A报道了一种利用粉煤灰制备双金属脱硝催化剂的方法，首先利用粉煤灰制备AlCl3溶液，然后利用该溶液制备拟薄水铝石，进而得到γ-Al2O3，利用得到的γ-Al2O3制备双金属脱硝催化剂，该方法流程长，需要将粉煤灰中的铝成分提取出来。还有专利CN101543773报道了TiO2-粉煤灰光催化材料的制备，首先制备TiO2溶胶-凝胶溶液，然后将粉煤灰与该溶胶-凝胶溶液混合后烘干，加热得到TiO2-粉煤灰光催化材料，增大了表面积有利于光催化作用和回收，TOC的降解率在35%以上。但是吸附重金属离子或过渡金属离子后的粉煤灰的再利用很少，而且很少有将吸附过渡金属离子后的粉煤灰，与吸附过渡金属离子后的生物质复合直接制备催化剂，并应用于有机废水电催化氧化降解的报道。
本发明以粉煤灰以及木粉、果壳、玉米秆等副产生物质为原料，通过吸附负载过渡金属离子后直接制备一种复合催化剂，并利用其进行电化学催化氧化降解有机废水。制备方法操作简单，工艺流程短，可实现固体废弃物的资源化利用；而且电化学氧化过程不添加药剂、环保可控。
发明内容
本发明提供了一种利用粉煤灰和生物质制备催化剂的方法及在电化学氧化降解有机废水中的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
首先将生物质破碎筛分后用去离子水洗净烘干，再将烘干后的生物质加入到过渡金属离子溶液中进行浸渍吸附；同时将处理后烘干的粉煤灰加入到过渡金属离子溶液中进行浸渍吸附；然后分别将吸附过渡金属离子的生物质和粉煤灰过滤、洗涤、烘干；将烘干后的生物质和粉煤灰按比例混合搅拌均匀，加入粘结剂、水玻璃和液体石蜡，挤压成型，进而将成型的催化剂烘干和高温煅烧活化。其中，生物质、粉煤灰、粘结剂、水玻璃以及液体石蜡的质量比为1～10:100:5～15:25～40:2～3。
所述的生物质为木粉、果壳、玉米秸等，所述的粉煤灰可以经过碱处理或水热处理再烘干；
所述的过渡金属离子为镍、铜、铁等，其浓度为50～1000mg/L；在生物质和粉煤灰浸渍吸附过程中，生物质和粉煤灰与溶液的质量体积比为50～200:500；生物质和粉煤灰浸渍吸附过程的时间为3～5h；
成型的催化剂烘干温度为100～150℃；成型的催化剂活化温度为450～600℃。
上述制备的复合催化剂应用于有机废水电化学催化氧化有机废水的技术方案为：将催化剂与废水按质量体积比例10～100～500加入到废水中，控制电解电压3～10V，电解反应5～10h。
该发明以粉煤灰和生物质为原料制备复合催化剂，制备方法操作简单，工艺流程短，实现固体废弃物的资源化利用；而且电化学氧化降解有机物不添加药剂、环保可控。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是掺加不同元素催化剂的效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将木粉筛分后用去离子水洗净去除表面的脏污后在80℃干燥12h。称取50g木粉分别加入到500mL 500mg/L的镍离子、铜离子和铁离子溶液中搅拌5h；称取100g烘干研磨后的粉煤灰加入到500mL 500mg/L的镍离子、铜离子和铁离子溶液中搅拌5h。然后将木粉和粉煤灰过滤、洗涤、干燥。称取10g吸附后的木粉和100g干燥后的粉煤灰搅拌混合均匀，然后加入10g粘结剂，30g水玻璃和2g液体石蜡，充分搅拌至均匀，进行挤条成型，将得到的催化剂在120℃干燥5h，然后再500℃煅烧4h，得到复合催化剂。
粉煤灰的化学组成见下表。
粉煤灰的化学成分分析结果
分别称取20g掺镍、掺铁和掺铜复合催化剂加入到500mLCOD浓度为200mg/L的有将废水中，调节电解电压为5V进行电化学催化氧化降解，经过10h后，计算COD的去除。
Claims (5)
1.一种利用粉煤灰和生物质制备催化剂的方法，其特征是：将生物质破碎筛分后用去离子水洗净烘干，再将烘干后的生物质加入到过渡金属离子溶液中进行浸渍吸附；同时将处理后烘干的粉煤灰加入到过渡金属离子溶液中进行浸渍吸附；然后分别将吸附过渡金属离子的生物质和粉煤灰过滤、洗涤、烘干；将烘干后的生物质和粉煤灰按比例混合搅拌均匀，加入粘结剂、水玻璃和液体石蜡，挤压成型，进而将成型的催化剂烘干和高温煅烧活化；其中，生物质、粉煤灰、粘结剂、水玻璃以及液体石蜡的质量比为1～10:100:5～15:25～40:2～3；
所述的生物质为木粉、果壳、玉米秸，所述的粉煤灰经过碱处理或水热处理再烘干；
所述的过渡金属离子为镍、铜、铁，其浓度为50～1000mg/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在生物质和粉煤灰浸渍吸附过程中，生物质和粉煤灰与溶液的质量体积比为50～200:500，生物质和粉煤灰浸渍吸附过程的时间为3～5h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：成型的催化剂烘干温度为100～150℃；成型的催化剂活化温度为450～600℃。
4.权利要求1或2所述的方法制备的催化剂在电化学氧化降解有机物中的应用，其特征是：将所制备的催化剂与含有机物的废水按质量体积比为10～100:500搅拌，控制电解电压3～10V，电解反应5～10h。
5.权利要求3所述的方法制备的催化剂在电化学氧化降解有机物中的应用，其特征是：将所制备的催化剂与含有机物的废水按质量体积比为10～100:500搅拌，控制电解电压3～10V，电解反应5～10h。
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