CN105749895A - 用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法 - Google Patents

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李启超
詹茂华
刘训东
程寒飞
安浩
冯植飞
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MCC Huatian Anhui Energy Conservation and Environmental Protection Research Institute Co Ltd
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    • 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
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18—Carbon

Abstract

为了本发明公开一种用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，主要针对现有催化剂局限性而进行的改进。本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法包括如下步骤：步骤1：将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球；步骤2：将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂；本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法生产工艺简单、生产获得的铝碳催化剂比表面积大、活性强、不钝化、不板结；与现有的催化剂的制备方法相比，所制备的铝碳催化剂能够适应酸性、中性及碱性废水环境，废水处理范围更大，成本更低。

Description

用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及环境工程中废水处理技术领域，尤其设计一种用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法。
背景技术
微电解技术具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点，尤其对于高盐度，高COD以及高色度的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。难降解的工业废水经微电解工艺处理后B/C大大提高，有利于后续生物处理效果提高。目前，仅靠生化法已无法满足对工业废水的深度处理要求，而微电解法的低成本、高效率，使其具有很大的市场发展潜力。国内一般将该工艺用于废水的预处理，或者与其他工艺联合以达到去除污染物的目的。
微电解氧化还原是利用金属在特定环境下发生电化学腐蚀时，在金属与杂质间形成微电极，由微电极电解而产生足量的活性氢，并利用其强化还原性来分解和还原有机物。目前研究较多的是铁碳微电解，电位低的铁为阳极，电位高的碳为阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。铁被氧化后以铁离子形式进入溶液。由于铁离子有混凝作用，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物，进而达到去除效果。
而铝碳微电解的原理和铁碳几乎一致，但是跟铁碳法不同的是，铝碳微电解法不止在酸性条件下可以使用，在碱性条件下也可以发生电解反应，形成原电池，其中电位低的铝成为阳极，电位高的碳成为阴极，其反应过程如下：
阳极(Al)：Al-3e→Al3+Eθ＝-1.66V(1)
阴极(C)：2H++2e→2[H]→H2Eθ＝0V(2)
4OH-+4e→2H2O+H2Eθ＝0.41V(3)
电解反应生成的产物具有较高的化学活性，具体作用主要有：①新产生的铝表面及反应中产生的大量初生态的Al3+和活性[H]具有高化学活性，能使有机物发生加成、断链、开环等反应；②反应后期溶液pH值发生变化，Al3+逐渐水解生成聚合度大的Al(OH)3胶体絮凝剂，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，从而增强对废水的净化效果。
在工业应用中，铁碳催化剂中铁的浸出率极高，且容易出现钝化和板结等问题，运行稳定性较差。
发明内容
参考铁碳催化剂应用中出现的问题，本发明提供一种生产工艺简单、催化剂成品比表面积大、活性强、不钝化、不板结的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明一种用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球；
步骤2：将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂。
进一步地，所述将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球是通过下述方法实现的：
将铝粉和碳粉分别过筛获得的粒径小于100目的备用铝粉、碳粉；
将备用铝粉和碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后加入钢模，用挤压成型机压制钢模制成预定规格的铝碳球。
进一步地，所述将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂的具体步骤为：
将步骤1制得的所述铝碳球在110℃下干燥两小时；
将干燥后的铝碳球放入焙烧炉中，在所述焙烧炉中通入惰性或还原性气体，所述焙烧炉以0.5-2℃/min的升温速率升温至焙烧温度为400-650℃；
在焙烧温度为400-650℃条件下保温1-6小时；
将焙烧后的铝碳球冷却至室温。
进一步地，所述粘结剂为有机粘结剂和/或无机粘结剂；
所述有机粘结剂包括聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或几种；
所述无机粘结剂包括硅酸钠和/膨润土。
进一步地，所述预定比例为：所述铝粉重量百分比含量50-90％，碳粉重量百分比含量9-49％，粘结剂重量百分比含量为1-20％，其中所述铝粉含量、碳粉含量和粘结剂含量的总和为1。
进一步地，所述预定比例为：所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：55％、40％、5％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：70％、20％、10％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：50％、30％、20％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：55％、30％、15％。
进一步地，所述预定规格为铝碳球的直径为1-3cm。
进一步地，所述还原性气体为氢气；惰性气体为氮气。
进一步地，所述的碳粉为活性炭、活性焦、焦炭、生物质炭中的一种或几种。
本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，对铝碳催化剂进行高温冶炼，使其形成铝碳一体化，具有比表面积大、活性强、不钝化和不板结等优点，同时适用范围广，可以用于各行业宽pH值范围的有机废水的综合治理，可用于制药、制革、造纸、印染及焦化等行业难降解有机废水的处理，能高效除去酸性至碱性废水中的COD值。
本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法具有如下优点：
(1)与现有技术的催化剂的制备方法相比，本发明所制备的铝炭催化剂能够适应酸性、中性及碱性废水环境，废水处理范围更大，成本更低。
(2)与现有技术相比，本发明所制备的催化剂通过高温冶炼形成铝炭一体化，催化剂在使用过程中不易流失，保证内电解反应持续稳定进行。
(3)现有技术的催化剂相比，本发明所制备的催化剂中碳粒分布均匀，且其微孔合金结构比表面积、强度和活性更好。
附图说明
图1是本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球；
将铝粉和碳粉分别过筛获得的粒径小于100目的备用铝粉、碳粉；
将备用铝粉和碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后加入钢模，用挤压成型机压制钢模制成预定规格的铝碳球。
步骤2：将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂。
将步骤1制得的所述铝碳球在110℃下干燥两小时；
将干燥后的铝碳球放入焙烧炉中，在所述焙烧炉中通入惰性或还原性气体，所述焙烧炉以0.5-2℃/min的升温速率升温至焙烧温度为400-650℃；
所述铝碳球在焙烧温度为400-650℃条件下保温1-6小时；
将焙烧后的铝碳球冷却至室温。
下面给出本发明用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法的几个具体实施例。
实施例1
本实施例的催化剂制备原料铝粉、碳粉的粒径为100-150目，铝粉、碳粉、粘结剂的组成(重量百分比)如下：
将原料按上述比例均匀混合后，加入钢模，用挤压成型机压制成直径为2cm的铝碳球。将铝碳球于110℃干燥2小时，然后放入焙烧炉中，保持氮气气氛，以0.5℃/min的升温速率程序升温至550℃，然后保温5小时，最后自然冷却至室温，制得催化剂。
实施例2
本实施例的催化剂制备原料铝粉、碳粉的粒径为100-200目，铝粉、碳粉、粘结剂的组成(重量百分比)如下：
将原料按上述比例均匀混合后，加入钢模，用挤压成型机压制成直径为1cm的铝碳球。将铝碳球于110℃干燥2小时，然后放入焙烧炉中，保持氢气气氛，以1℃/min的升温速率程序升温至600℃，然后保温2小时，最后自然冷却至室温，制得催化剂。
实施例3
本实施例的催化剂制备原料铝粉、碳粉的粒径为150-200目，铝粉、碳粉、粘结剂的组成(重量百分比)如下：
组分 铝粉 碳粉 聚乙烯醇
含量(％) 50 30 20
将原料按上述比例均匀混合后，加入钢模，用挤压成型机压制成直径为3cm的铝碳球。将铝碳球于110℃干燥2小时，然后放入焙烧炉中，保持氮气气氛，以0.5℃/min的升温速率程序升温至600℃，然后保温2小时，最后自然冷却至室温，制得催化剂。
实施例4
本实施例的催化剂制备原料铝粉、碳粉的粒径为150-200目，铝粉、碳粉、粘结剂的组成(重量百分比)如下：
组分 铝粉 碳粉 硅酸钠
含量(％) 55 30 15
将原料按上述比例均匀混合后，加入钢模，用挤压成型机压制成直径为3cm的铝碳球。将铝碳球于110℃干燥2小时，然后放入焙烧炉中，保持氮气气氛，以0.5℃/min的升温速率程序升温至550℃，然后保温6小时，最后自然冷却至室温，制得催化剂。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
其中，以上实施例中碳粉来源可为活性炭、活性焦、焦炭、生物质炭中的一种或几种，本发明于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法的粘结剂可采用有机粘结剂和/或无机粘结剂包括聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、硅酸钠、膨润土中的一种或几种。
铝粉、碳粉、粘结剂的组成可为：所述铝粉重量百分比含量50-90％，碳粉重量百分比含量9-49％，粘结剂重量百分比含量为1-20％，且采用上述比例的所述铝粉含量、碳粉含量和粘结剂含量的总和为1。
铝碳催化剂的焙烧升温速率可为0.5-2℃/min中的任意数值，铝碳催化剂的焙烧温度范围为400-650℃，焙烧时间为1-6小时。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球；
步骤2：将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述将铝粉、碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后压制成预定规格的铝碳球是通过下述方法实现的：
将铝粉和碳粉分别过筛获得的粒径小于100目的备用铝粉、碳粉；
将备用铝粉和碳粉以及粘结剂按照预定比例混合均匀后加入钢模，用挤压成型机压制钢模制成预定规格的铝碳球。
3.根据权利要求1所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述将所述的铝碳球置于惰性或还原性气氛中焙烧，制得铝碳催化剂的具体步骤为：
将步骤1制得的所述铝碳球在110℃下干燥两小时；
将干燥后的铝碳球放入焙烧炉中，在所述焙烧炉中通入惰性或还原性气体，所述焙烧炉以0.5-2℃/min的升温速率升温至焙烧温度为400-650℃；
在焙烧温度为400-650℃条件下保温1-6小时；
将焙烧后的铝碳球冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为有机粘结剂和/或无机粘结剂；
所述有机粘结剂包括聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或几种；
所述无机粘结剂包括硅酸钠和/膨润土。
5.根据权利要求1所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述预定比例为：所述铝粉重量百分比含量50-90％，碳粉重量百分比含量9-49％，粘结剂重量百分比含量为1-20％，其中所述铝粉含量、碳粉含量和粘结剂含量的总和为1。
6.根据权利要求5所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述预定比例为：所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：55％、40％、5％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：70％、20％、10％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：50％、30％、20％；或
所述铝粉、碳粉、粘结剂的重量百分比含量分别为：55％、30％、15％。
7.根据权利要求2所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述预定规格为铝碳球的直径为1-3cm。
8.根据权利要求3所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述还原性气体为氢气；惰性气体为氮气。
9.根据权利要求2所述的用于处理有机废水的铝碳催化剂的制备方法，其特征在于：所述的碳粉为活性炭、活性焦、焦炭、生物质炭中的一种或几种。
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