CN106693974A - 一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种去除水中氨氮的负载金属氧化物的臭氧氧化催化剂的制备方法及应用。经过活化处理后的催化剂载体在钴、锰、铈、铁、镍、镁、铜的任意两种金属盐混合形成的浸渍液中，浸渍一定时间，然后烘干，再经过焙烧过程，即可得到负载金属氧化物的催化剂。此制备方法绿色环保，操作简单，易于工业化。应用本发明制备的金属氧化物负载型催化剂，可以在常温、常压下将氨氮转化为氮气有效去除。以Co3O4‑Al2O3为催化剂，反应6h，200mg/L的氯化铵模拟废水的氨氮的去除率接近100％，具有较好的催化臭氧氧化去除氨氮效果。

Description

一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂 的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及工业水处理技术领域，特别涉及到一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂的制备方法及应用。
背景技术
造纸、纺织、石化、制药和制革等领域在生产过程中会产生大量高浓度的氨氮废水，其中有些废水的氨氮浓度会超过1000mg/L。高浓度氨氮废水未经处理直接排入水体会造成富营养化，破坏水体生态平衡，给受纳水体造成重大影响。目前，生物法中应用最为广泛的是脱氮处理方法，具有操作简单、效果稳定、处理成本低、二次污染少等特点。但是，在高氨氮工业废水中有机物浓度不高，生物脱氮时可能会面临碳源不足、废水盐都高、微生物的生长受到抑制、总氮去除不达标的问题，生物脱氮工艺的应用因此受到制约。此外，为了满足大量高氨氮高盐度废水的处理，生物法需要投入很多成本，大量的投入不利于生物法的长期应用。
另外，其他的物理-化学方法也被运用到实际当中，比如空气吹脱法和离子交换法。空气吹脱法被认为是成本最低的方法，但是该方法产生的是氨气，而且氨氮浓度不能低于100mg/L，不适用于废水的深度处理，有局限性。离子交换法和膜处理法也很难应用于高盐水脱除氨氮，因为过高的盐都会阻止氨氮的去除。
近年来，湿式氧化技术由于可以将氨氮选择性氧化成氮气，引起广泛关注。但是，由于反应温度要求高于423K，并使用负载金属的催化剂，使其应用范围受到了限制。
臭氧氧化由于可以在室温下分解有机污染物而被广泛应用于水处理领域，文献报道称海水中的氨可以被臭氧去除，被去除的氨氮有超过90％转化为氮气。但是关于催化臭氧氧化技术处理应用于工业废水中去除氨氮的报道很少。
发明内容
本发明的目的是针对高氨氮废水难处理的特点，利用催化臭氧氧化的技术优势，制得一种负载型金属氧化物的臭氧氧化催化剂，将水中氨氮转化为氮气去除。
为实现上述目的，本发明提供了一种去除水中氨氮的负载金属氧化物的臭氧氧化催化剂的制备方法及应用，其特征在于：将水中氨氮转化为氮气去除，反应方程式如下所示：
一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂的制备方法，步骤如下：
①催化剂载体的选取和活化预处理：催化剂载体为γ-Al2O3、煤质柱状活性炭、天然斜发沸石或火山岩颗粒，其比表面积>200m2/g；
②将活化处理后的催化剂载体添加到浓度0.05～0.1mol/L钴、锰、铈、铁、镍、镁、铜中的任意两种金属盐混合形成的浸渍液中，控制两种金属元素的摩尔比为1:0.1～1；浸渍时间为8～15h，在80～100℃温度条件下烘干3～4h；焙烧，焙烧温度300～600℃，焙烧时间为4～6h，得到负载金属氧化物的催化剂。
所述的金属盐为乙酸盐、硝酸盐中的一种。
所述的制备方法得到的负载型金属氧化物催化剂的应用，将氯化铵模拟废水通入到装有负载金属氧化物催化剂的反应装置中，通过水浴循环控制反应温度，反应温度为20～80℃，反应时间为2～6h，通入臭氧气体，氯化铵模拟废水中氨氮浓度为50～500mg/L。
本发明的有益效果：
1.本发明提出的金属氧化物负载型催化剂的制备方法绿色环保，操作简单，易于工业化。
2.应用本发明制备的金属氧化物负载型催化剂，可以在常温、常压下将氨氮转化为氮气有效去除。例如，以Co3O4(γ-Al2O3载体)为催化剂，反应6h，200mg/L的氯化铵模拟废水的氨氮的去除率接近100％，具有较好的催化臭氧氧化去除氨氮效果。
附图说明
图1是Co3O4-Al2O3催化剂的催化臭氧氧化性能图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1：Co3O4-Al2O3催化剂的制备
选取3～5mm的γ-Al2O3微球为催化剂载体，用去离子水清洗2次，然后用0.10mol/L的稀盐酸浸泡过夜，最后用去离子水洗至出水中性，100±2℃烘干，即得到经过活化处理后的γ-Al2O3微球；将活化处理后的γ-Al2O3微球在浓度0.05mol/L硝酸钴浸渍液中，浸渍15h，然后100±2℃烘干4h，再在600±10℃焙烧4h，即可得到Co3O4-Al2O3催化剂。
实施例2：Co3O4-Al2O3催化剂的催化臭氧氧化性能
将100g所制备的Co3O4-Al2O3催化剂装入如附图1所示的反应装置中，加入1.0L、200mg/L的氯化铵模拟废水中，水浴循环控制反应温度在25℃，通入臭氧气体，气体流量为1.0L/min，浓度为2.4mg/L，每间隔1h取样测定溶液氨氮浓度，反应6h，完成催化臭氧氧化过程。为了对比，分别以γ-Al2O3空白球和单独臭氧重复上述臭氧氧化过程。实验反应6h，以Co3O4-Al2O3为催化剂时，氨氮的去除率接近100％，而加入γ-Al2O3空白球和单独臭氧过程，氨氮的去除率仅为15％和18％，这表明所制备的Co3O4-Al2O3催化剂可以通过催化臭氧氧化过程有效的去除水中的氨氮。

Claims (3)

1.一种催化臭氧氧化去除水中氨氮的负载型金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
①催化剂载体的选取和活化预处理：催化剂载体为γ-Al2O3、煤质柱状活性炭、天然斜发沸石或火山岩颗粒，其比表面积>200m2/g；
②将活化处理后的催化剂载体添加到浓度0.05～0.1mol/L钴、锰、铈、铁、镍、镁、铜中的任意两种金属盐混合形成的浸渍液中，控制两种金属元素的摩尔比为1:0.1～1；浸渍时间为8～15h，在80～100℃温度条件下烘干3～4h；焙烧，焙烧温度300～600℃，焙烧时间为4～6h，得到负载金属氧化物的催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的金属盐为乙酸盐、硝酸盐中的一种。
3.权利要求1或2所述的制备方法得到的负载型金属氧化物催化剂的应用，其特征在于，将氯化铵模拟废水通入到装有负载金属氧化物催化剂的反应装置中，通过水浴循环控制反应温度，反应温度为20～80℃，反应时间为2～6h，通入臭氧气体，氯化铵模拟废水中氨氮浓度为50～500mg/L。
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