CN105983402A - 臭氧催化剂的制备方法及臭氧催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将粉煤灰过50~150目筛；S2：将粉煤灰、水泥和催化剂粉末混合形成混合原料；S3：启动成球机，将所述混合原料加入成球机中，喷入水泥发泡剂的水溶液，使所述混合原料形成球状胚体；S4：将所述球状胚体进行养护形成臭氧催化剂。所述臭氧催化剂制备方法，工艺流程简单，能耗大幅降低，经济环保，节约了生产成本，适宜工业化应用。另外，通过加入水泥等成分，可形成坚硬的臭氧催化剂球体，提高了催化剂的强度，使得催化剂形态完整，孔隙发达。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧催化剂的制备方法，尤其涉及一种免高温烧结的臭氧催化剂的制备方法及用该制备方法制备的臭氧催化剂。
背景技术
随着臭氧制备技术的提高和成本的降低，绿色环保的臭氧氧化技术在水处理领域的应用日益受到关注。而臭氧催化氧化技术是在臭氧氧化技术的基础上发展起来的一种高级氧化技术，它利用臭氧在催化剂作用下产生的强氧化性羟基自由基完成对水中污染物的快速降解，进一步提高了臭氧的氧化效率。
其中，非均相臭氧催化氧化技术采用固体催化剂而无催化剂分离回收问题，因而具有很高的应用价值，并已逐渐成为主流。催化剂的制备和选用是该技术的关键所在。目前，非均相臭氧催化剂的制备主要采用浸渍、共沉淀、混合烧结等形式。共沉淀通过化学反应使催化剂组分负载于载体表面，但存在着催化剂强度低、副反应产物多、催化剂流失快等缺陷。浸渍法以溶液浸渍方式将催化剂活性组分负载于载体表面，通过高温烧结强化负载，所制催化剂的活性较高，但存在浸渍液处理等二次污染问题，同时高温烧结增加了催化剂的生产成本。混合烧结通过将原料以固体粉末形式混合并加工成型，并以高温烧结的方式制得催化剂；由该方法制得的催化剂催化活性高、强度大，但同样存在着因高温烧结产生的高能耗而使催化剂生产成本增加的问题。
有鉴于此，有必要对现有的臭氧催化剂的制备方法及臭氧催化剂予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种免高温烧结的臭氧催化剂的制备方法及用该制备方法制备的臭氧催化剂。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将粉煤灰过50~150目筛；S2：将粉煤灰、水泥和催化剂粉末混合形成混合原料；S3：启动成球机，将所述混合原料加入成球机中，喷入水泥发泡剂的水溶液，使所述混合原料形成球状胚体；S4：将所述球状胚体进行养护形成臭氧催化剂。
作为本发明的进一步改进，S2中混合原料的重量比例为：粉煤灰35-65份；水泥15-30份；催化剂粉末1-8份。
作为本发明的进一步改进，所述水泥为硅酸盐水泥。
作为本发明的进一步改进，所述催化剂粉末为二氧化钛、氧化铜、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化铈、氧化锌、氧化镍固体粉末中的一种或多种的混合。
作为本发明的进一步改进，所述水泥发泡剂的水溶液的质量浓度介于0.1%-2%之间。
作为本发明的进一步改进，所述水泥发泡剂的水溶液的加入量为所述混合原料的20%-40%。
作为本发明的进一步改进，所述水泥发泡剂为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂中的一种或多种的混合。
作为本发明的进一步改进，所述球状胚体的直径介于2mm~10mm之间。
作为本发明的进一步改进，S4中所述球状胚体在常压、平均气温不低于5℃的条件下自然养护48小时以上。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种采用所述臭氧催化剂制备方法制备的臭氧催化剂，所述臭氧催化剂的堆积密度介于0.80kg/m3~0.95kg/m3，筒压强度介于2.5MPa~3.0MPa。
本发明的有益效果是：本发明的臭氧催化剂制备方法，工艺流程简单，能耗大幅降低，经济环保，节约了生产成本，适宜工业化应用。另外，通过加入水泥等成分，可形成坚硬的臭氧催化剂球体，提高了催化剂的强度，使得催化剂形态完整，孔隙发达。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种臭氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将粉煤灰过50~150目筛；S2：将粉煤灰、水泥和催化剂粉末混合形成混合原料；S3：启动成球机，将所述混合原料加入成球机中，喷入水泥发泡剂的水溶液，使所述混合原料形成球状胚体；S4：将所述球状胚体进行养护形成臭氧催化剂。
其中，S1中的粉煤灰为干燥的粉煤灰，不会将筛子的筛孔堵住，方便过筛。当粉煤灰原料干燥时，可以直接过筛，而粉煤灰原料潮湿时，需要先进行干燥再过筛。
S2中混合原料的重量比例为：粉煤灰35-65份；水泥15-30份；催化剂粉末1-8份；三者充分混合形成混合原料。其中所述粉煤灰为构成球状胚体、臭氧催化剂的基体。
所述水泥为硅酸盐水泥，在混合原料形成球状胚体中起到凝固粉煤灰和催化剂粉末的作用，并使形成的球状胚体、甚至臭氧催化剂能够达到一定的强度。所述水泥的含量过低时，不利于形成球状胚体或形成的球状胚体的强度不够，容易散开。当所述水泥含量过高时，具有催化活性的催化剂的相对含量降低，导致臭氧催化剂的相对催化性能降低；更有甚者，水泥将部分或者全部催化剂包裹，使得成型后的臭氧催化剂失去催化活性。
所述催化剂粉末提供催化活性，在反应中起到加速反应的作用；不同种类和含量的催化剂粉末会对臭氧催化剂性能有影响。所述催化剂粉末为二氧化钛、氧化铜、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化铈、氧化锌、氧化镍固体粉末中的一种或多种的混合。在制备臭氧催化剂时，可根据实际需要选择催化剂粉末及其用量。
所述水泥发泡剂的水溶液的作用是起到润湿混合原料的粉体，有利于混合原料的粉体相互粘合的作用；同时，有利于实现水泥的硬化，将粉煤灰与催化剂粉末牢固地胶结，以形成强度较大的球状胚体；另外水泥发泡剂还使得所述水泥在固化时比较蓬松，固化后孔隙发达，比表面积大，可提高臭氧催化剂的催化效果。所述水泥发泡剂为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂中的一种或多种的混合。
其中所述水泥发泡剂的水溶液的质量浓度介于0.1%-2%之间，所述水泥发泡剂的水溶液的加入量为所述混合原料的20%-40%。水泥发泡剂的水溶液的质量浓度与所述水泥发泡剂的水溶液的加入量相对选择，其中一个较高时，另一个可相对减少，以使得水泥发泡剂的加入量较为适宜。随着水泥发泡剂量的增大，成型后的臭氧催化剂越蓬松，空隙越发达，比表面积越大，催化效果越好；但是所述水泥发泡剂的量过多，会使形成的臭氧催化剂强度较差，容易破碎。在实际操作中，所述水泥发泡剂的水溶液的加入量过低时，不足以润湿混合原料的粉体，难以形成球状胚体；反之过高时，混合原料的粉体可能形成糊状甚至流体状也难成型球状胚体。
根据实际应用的要求，可选择不同型号的成球机以形成相应直径的所述球状胚体，如所述球状胚体的直径可为但不限于2mm~3mm，3mm~4mm，3mm~5mm，5mm~6mm，6mm~8mm，7mm~9mm，8mm~10mm等等。
将形成的球状胚体在自然状态下养护48小时以上，最好是72小时以上，使得球状胚体内的水泥能够完全固化，强度提高。所述自然状态为常压、平均气温不低于5℃条件。一般情况下在水泥固化的温度范围内，温度越高水泥固化需要的时间越短；因此温度越高，球状胚体养护的时间越短。另外，所述球状胚体也可以在高温下进行养护，如在70℃~80℃的水蒸气环境中，养护5小时~6小时。
催化剂的堆积密度不仅跟组分及比例有关，而且其粒径也有关系，组分比例不同，会造成各组分间相互作用力的差异，最终影响催化剂的筒压强度。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种采用所述臭氧催化剂制备方法制备的臭氧催化剂，所述臭氧催化剂的堆积密度介于0.80kg/m3~0.95kg/m3，筒压强度介于2.5MPa~3.0MPa。
以下将通过几个具体的实施例来说明本发明臭氧催化剂的制备方法及利用该制备方法制备的臭氧催化剂的性能。
实施例1
（1）原料预处理
取干燥的粉煤灰或将粉煤灰干燥后，过60目筛。
（2）原料混合
将预处理后的粉煤灰、水泥和氧化铈粉末按照下列重量比置于搅拌机内混合均匀：粉煤灰50公斤、水泥20公斤、氧化铈粉末1公斤。
（3）成球
启动成球机，将100公斤搅拌均匀的混合原料加入成球机中，同时喷入25公斤含有0.5%质量浓度十二烷基苯磺酸钠的水溶液，加工制成粒径为5mm的球状胚体。
（4）养护
将制得的球状胚体在自然状态下室内养护72小时，即制得所需的臭氧催化剂。
制得的臭氧催化剂形态完整，孔隙发达，经测定，该催化剂的堆积密度0.88kg/m3，筒压强度为2.9 MPa。
实施例2
（1）原料预处理
取干燥的粉煤灰或将粉煤灰干燥后，过80目筛。
（2）原料混合
将预处理后的粉煤灰、水泥和二氧化钛粉末按照下列重量比置于搅拌机内混合均匀：粉煤灰60公斤、水泥15公斤、二氧化钛粉末2.5公斤。
（3）成球
启动成球机，将100公斤搅拌均匀的混合原料加入成球机中，同时喷入30公斤含有1%质量浓度十二烷基硫酸钠的水溶液，加工制成粒径为6mm的球状胚体。
（4）养护
将制得的球状胚体在自然状态下室内养护72小时，即制得所需的臭氧催化剂。
制得的免烧催化剂形态完整，孔隙发达，经测定，该催化剂的堆积密度0.83kg/m3，筒压强度为2.7MPa。
实施例3
（1）原料预处理
取干燥的粉煤灰或将粉煤灰干燥后，过150目筛。
（2）原料混合
将预处理后的粉煤灰、水泥和氧化锌粉末、三氧化二铁粉末按照下列重量比置于搅拌机内混合均匀：粉煤灰60公斤、水泥15公斤、氧化锌粉末0.5公斤、三氧化二铁粉末1公斤。
（3）成球
启动成球机，将100公斤搅拌均匀的混合原料加入成球机中，同时喷入35公斤含有0.6%质量浓度烷基酚聚氧乙烯醚的水溶液，加工制成粒径为8mm的球状胚体。
（4）养护
将制得的球状胚体在自然状态下室内养护72小时，即制得所需的臭氧催化剂。
制得的免烧催化剂形态完整，孔隙发达，经测定，该催化剂的堆积密度0.83kg/m3，筒压强度为2.85MPa。
实施例4
（1）原料预处理
取干燥的粉煤灰或将粉煤灰干燥后，过120目筛。
（2）原料混合
将预处理后的粉煤灰、水泥和三氧化二铝粉末按照下列重量比置于搅拌机内混合均匀：粉煤灰60公斤、水泥15公斤、三氧化二铝粉末4公斤。
（3）成球
启动成球机，将100公斤搅拌均匀的混合原料加入成球机中，同时喷入20公斤含有2%质量浓度十二烷基三甲基氯化铵的水溶液，加工制成粒径为3mm的球状胚体。
（4）养护
将制得的球状胚体在自然状态下室内养护72小时，即制得所需的臭氧催化剂。
制得的免烧催化剂形态完整，孔隙发达，经测定，该催化剂的堆积密度0.91kg/m3，筒压强度为2.55 MPa。
综上所述，本发明的臭氧催化剂制备方法工艺流程简单，能耗大幅降低，经济环保，节约了生产成本，适宜工业化应用。另外，通过加入水泥等成分，可形成坚硬的臭氧催化剂球体，提高了催化剂的强度，使得催化剂形态完整，孔隙发达。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将粉煤灰过50~150目筛；
S2：将粉煤灰、水泥和催化剂粉末混合形成混合原料；
S3：启动成球机，将所述混合原料加入成球机中，喷入水泥发泡剂的水溶液，使所述混合原料形成球状胚体；
S4：将所述球状胚体进行养护形成臭氧催化剂。
2.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：S2中混合原料的重量比例为：
粉煤灰35-65份；
水泥15-30份；
催化剂粉末1-8份。
3.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂粉末为二氧化钛、氧化铜、三氧化二铁、三氧化二铝、氧化铈、氧化锌、氧化镍固体粉末中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述水泥发泡剂的水溶液的质量浓度介于0.1%-2%之间。
6.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述水泥发泡剂的水溶液的加入量为所述混合原料的20%-40%。
7.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述水泥发泡剂为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂中的一种或多种的混合。
8.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述球状胚体的直径介于2mm~10mm之间。
9.根据权利要求1所述的臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：S4中所述球状胚体在常压、平均气温不低于5℃的条件下自然养护48小时以上。
10.一种采用如权利要求1~9中任意一项所述的臭氧催化剂制备方法制备的臭氧催化剂，所述臭氧催化剂的堆积密度介于0.80kg/m3~0.95kg/m3，筒压强度介于2.5MPa ~3.0MPa。
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