CN106861668A - 一种MgO/HC固体碱催化剂及其催化臭氧处理废水的用途及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明解决的技术问题是制备了一种固体碱催化剂，并将其用于催化O3的氧化效能；本发明将氧化镁负载在蜂窝陶瓷上，不仅仅因为蜂窝陶瓷可回收利用，而且蜂窝陶瓷具有较高的几何面积，极好的耐热性，耐酸碱性和耐磨性；将MgO/HC固体碱催化剂用于催化臭氧化处理中性废水中有机物，发现过程中pH升高，对pH具有较好的缓冲作用；而且固体碱催化剂的催化活性强，不存在催化剂的流失，成本低，应用前景极佳；在处理中性的乙酸水溶液中，对溶液pH具有缓冲作用，从而提高乙酸的降解效率；对中性废水中的有机物的处理添加该固体碱的臭氧氧化系统的处理效果远远高于未添加固体碱催化剂体系的。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体碱催化剂，具体涉及到一种MgO/HC固体碱催化剂及其催化臭氧处理废水的用途和处理方法。
背景技术
臭氧是目前被广泛应用的氧化剂之一，臭氧处理难降解有机物时，能使多环芳烃、杂环化合物和有机合成高分子化合物中的环状物部分开环或长链分子部分断裂，使大分子物质变成小分子物质，生成了易于降解的物质(如一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子)，从而提高了废水的可生化性。但是，臭氧处理难降解有机物时，生成的易于生化降解的物质：如一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子导致水体酸化。大量实验已证明间接的·OH氧化有机物速率是O3直接氧化有机物的109倍。臭氧在酸性环境下(pH<4)直接反应占主导，在碱性环境下(pH>10)间接反应占主导；在中性环境下(pH＝7)这两种途径都很重要。由于臭氧处于碱性环境的氧化速率远远大于酸性环境，于是，针对臭氧化导致水体严重酸化，臭氧化效率显著下降的问题，采用了MgO/HC固体碱催化剂提高臭氧化效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是制备了一种固体碱催化剂，并将其用于催化O3的氧化效能。传统的MgO固体碱催化剂成粉末状，不利于回收。本发明将氧化镁负载在蜂窝陶瓷上，不仅仅因为蜂窝陶瓷可回收利用，而且蜂窝陶瓷具有较高的几何面积，极好的耐热性，耐酸碱性和耐磨性；将MgO/HC固体碱催化剂用于催化臭氧化处理中性废水中有机物，发现过程中pH升高，对pH具有较好的缓冲作用。
说明：本发明所有文件中的固体碱MgO/HC催化剂中的HC即为蜂窝陶瓷载体的英文简称。
该发明包括如下内容：
一种固体碱催化剂，所述的固体碱催化剂为MgO/HC，以蜂窝陶瓷作为载体的MgO固体碱催化剂。
一种固体碱MgO/HC催化剂的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将蜂窝陶瓷载体超声清洗，再放置马弗炉中焙烧进行除杂质；
步骤二、接着将上述载体置于烧杯中，加入Mg(NO3)2溶液，浸渍并超声；
步骤三、静置浸渍，之后将其放入烘箱干燥；
步骤四、将上述干燥后的物质放入马弗炉进行煅烧，取出并置于干燥器中备用。
一种固体碱MgO/HC催化剂的优选制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将蜂窝陶瓷载体超声清洗1h，再放置马弗炉600℃中焙烧4h进行除杂质；
步骤二、接着将上述载体置于烧杯中，加入0.7mol/L的Mg(NO3)2溶液，浸渍并超声1h；
步骤三、静置浸渍8h，之后将其放入烘箱110℃干燥8h；
步骤四、将上述干燥后的物质放入马弗炉600℃进行煅烧4h，取出并置于干燥器中备用。
一种将固体碱MgO/HC催化剂用于催化臭氧氧化水中的乙酸的用途，在催化臭氧化体系中去除水中乙酸、或者中性废水中的有机物。
一种将固体碱MgO/HC催化剂用于催化臭氧氧化水中的乙酸的方法，将含有乙酸水溶液pH调至7.5，加入MgO/HC固体碱催化剂，加入的催化剂质量占溶液质量的2～5％，通入臭氧降解乙酸。
为了说明该催化臭氧体系的适用广谱性，我们利用该体系对中性废水中的有机物进行降解。取500mL废水，加入固体碱催化剂40.0g/L，然后加入到臭氧反应器中，并且通入臭氧。
臭氧投加量为47.6mg/min。实验开始，反应60min后取样检测。
作为对比效果，在相同的实验条件下，同时做了单独臭氧去除实际中性废水实验；实验结果显示，加了固体碱催化剂的臭氧系统氧化效果远远高于没有添加固体碱催化剂的氧化系统。
通过一系列表征分析得出：①MgO/HC中的Mg含量为8.83％高于HC(7.45％)；②MgO/HC的比表面积0.5446m2/g高于HC(0.1292)；③MgO/HC的总孔体积0.1251cm3/g高于HC(0.0297)。再结合XRD、SEM图进一步说明通过下列过量浸渍法MgO成功负载于蜂窝陶瓷表面。
本发明涉及所述的MgO/HC固体碱催化剂在催化臭氧氧化去除乙酸及实际废水中的应用；采用本发明催化剂，可提高乙酸的去除率。
本发明所述的MgO/HC固体碱催化剂用于催化臭氧氧化水中乙酸时，所述的工艺条件具体按照如下进行：调节500mL含有100mg/L乙酸水溶液pH至7.5，MgO/HC固体碱催化剂的投加量为20.0g，通入臭氧降解乙酸，臭氧的投加量为47.6mg/min。
本发明所述的固体碱催化剂在O3处理乙酸溶液中，具有以下优点：
1、固体碱催化剂的催化活性强，不存在催化剂的流失，成本低，应用前景极佳。
2、在处理中性的乙酸水溶液中，对溶液pH具有缓冲作用，从而提高乙酸的降解效率。
3、对中性废水中的有机物的处理添加该固体碱的臭氧氧化系统的处理效果远远高于未添加固体碱催化剂体系的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明催化臭氧氧化降解水中乙酸的实验装置图。
图2为本发明催化剂的XRD图。
图3为本发明催化剂的SEM图。
标号说明：1、氧气瓶；2、臭氧发生器一；3、流量计；4、2％KI试剂一；5、臭氧发生器二；6、取样口；7、2％KI试剂二；8、臭氧破坏器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
附图1提供了本发明所需要的实验装置以及各个装置之间的连接示意图；附图2与附图3分别为本发明催化剂的XRD图与SEM图。具体操作过程如下：配置500mL含有100mg/L的乙酸溶液，并调节pH至7.5，再加入MgO/HC固体碱催化剂的投加量为40.0g/L，然后加入到臭氧反应器中，并且通入臭氧。
臭氧的投加量为47.6mg/min。实验开始，反应30min后取样检测。
作为对比效果，在相同的实验条件下，同时做了单独臭氧以及臭氧和HC体系去除乙酸实验。
检测方法：乙酸采用ThermoFisher Dionex Ultimate3000高效液相色谱法。
水样处理30min后效果如表1：
表1
实施例2
为了说明该催化臭氧体系的适用广谱性，我们利用该体系对中性废水中的有机物进行降解。取500mL废水，加入固体碱催化剂40.0g/L，然后加入到臭氧反应器中，并且通入臭氧。
臭氧投加量为47.6mg/min。实验开始，反应60min后取样检测。
作为对比效果，在相同的实验条件下，同时做了单独臭氧去除实际中性废水实验。
检测方法：废水COD采用重铬酸钾法测定。
水样处理60min后效果如表2：
表2
实施例3
为了说明该催化剂的稳定性，我们在相同条件下，利用该催化剂重复五次降解乙酸。
配置500mL含有100mg/L的乙酸溶液，并调节pH至7.5，再加入MgO/HC固体碱催化剂的投加量为40.0g/L，然后加入到臭氧反应器中，并且通入臭氧。
臭氧的投加量为47.6mg/min。实验开始，反应30min后取样检测。
检测方法：乙酸采用ThermoFisher Dionex Ultimate3000高效液相色谱法。
水样处理30min后效果如表3：
表3
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其化合物或者所需物品的所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构思及其原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种固体碱催化剂，其特征在于：所述的固体碱催化剂为MgO/HC，以蜂窝陶瓷作为载体的MgO固体碱催化剂。
2.一种固体碱MgO/HC催化剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将蜂窝陶瓷载体超声清洗，再放置马弗炉中焙烧进行除杂质；
步骤二、接着将上述载体置于烧杯中，加入Mg(NO3)2溶液，浸渍并超声；
步骤三、静置浸渍，之后将其放入烘箱干燥；
步骤四、将上述干燥后的物质放入马弗炉进行煅烧，取出并置于干燥器中备用。
3.根据权利要求2所述的一种固体碱MgO/HC催化剂的制备方法，其特征在于：所述的优选制备方法包括如下步骤：
步骤一、将蜂窝陶瓷载体超声清洗1h，再放置马弗炉600℃中焙烧4h进行除杂质；
步骤二、接着将上述载体置于烧杯中，加入0.7mol/L的Mg(NO3)2溶液，浸渍并超声1h；
步骤三、静置浸渍8h，之后将其放入烘箱110℃干燥8h；
步骤四、将上述干燥后的物质放入马弗炉600℃进行煅烧4h，取出并置于干燥器中备用。
4.一种将固体碱MgO/HC催化剂用于催化臭氧氧化水中的乙酸的用途，在催化臭氧化体系中去除水中乙酸、或者中性废水中的有机物。
5.一种将固体碱MgO/HC催化剂用于催化臭氧氧化水中的乙酸的方法，其特征在于：将含有乙酸水溶液pH调至7.5，加入MgO/HC固体碱催化剂，加入的催化剂质量占溶液质量的2～5％，通入臭氧降解乙酸。
6.一种将固体碱MgO/HC催化剂用于催化臭氧氧化中性废水中的有机物的方法，其特征在于：取500mL废水，加入固体碱催化剂40.0g/L，然后加入到臭氧反应器中，并且通入臭氧；臭氧投加量为47.6mg/min，反应60min。
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