CN108043422B - 一种降解游泳池水中尿素的催化剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种降解游泳池水中尿素的催化剂组成包括载体和活性组分,其活性组分的质量百分含量为0.5％～5％，其余为载体。本发明具有含氯游泳水中尿素降解效率高、成本低、处理时间短、无二次污染的优点。

Description

一种降解游泳池水中尿素的催化剂及制备方法
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种降解游泳池水中尿素的催化剂及制备方法。
背景技术
随着人们健康意识的增强，去泳池锻炼的人越来越多。游泳池水质问题一直是全社会关注的重大公共卫生问题。尤其是夏季，游泳池水中的尿素随着人流的增加，往往大量超标。尿素是细菌及藻类生长的营养物质，其含量的增加会加速水中细菌及藻类生长速度，加速水质恶化，造成杀菌灭藻困难，为维持杀菌灭藻效果，必须增加消毒剂用量，带来新的刺激，造成恶性循环。尿素因为其化学性质比较稳定，急需有效的去除方法。目前游泳池水质处理主要的几种方式，补充新鲜水、石英砂过滤、活性炭过滤、投放含活性氯或活性氧的药剂以及紫外线消毒杀菌。石英砂过滤和紫外线装置对尿素消除无任何效果。活性炭能够吸附一部分尿素，但是活性炭吸附没有选择性，水中其他杂质如钙、镁离子也会被吸附，降低其效率，同时其饱和吸附量有限，必须定时更新才能保证吸附性，因此成本比较高使用不方便。补充新鲜水，容易导致水温变化大，水量消耗大，添加相关药剂浪费，排出水易造成环境污染。
有报道利用低压电解的方法去处理含氯的游泳池水中的尿素，该方法是经由电化学氧化法使得尿素含量降低的一种方法，清洁、干净、无残留。同时不存在像活性炭那样吸附饱和的现象，因此是一种非常环保的去除水中有害有机物的方法。但是目前的方法仍然存在降解效率低，时间长的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在于针对上述技术不足，其目的是提供一种含氯游泳水中尿素降解效率高、成本低、处理时间短、无二次污染的降解游泳池水中尿素的催化剂及制备方法。
本发明在利用低压电解法的基础上加入活性催化剂来很好地解决了反应时间长，降解效率低的问题，在降解尿素的同时，降解一氯胺、二氯胺、三氯胺等有害有机物，该方法可以推广应用于各种含氯游泳池水中尿素处理。
采用该方法制备出的可以在低电压、电流的情况下，催化降解泳池中的尿素，达到很好的降解效率，尿素降解率达90％以上，催化剂用量少，使用寿命长，催化剂再生后可重复使用。
本发明提供一种降解游泳池中尿素的催化剂，其催化剂组成包括载体和活性组分,其活性组分的质量百分含量为0.5％～5％，其余为载体。
如上所述的载体为分子筛、氧化铝小球，其比表面积100-1000m2/g。
如上所述活性组分为钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物中几种的混合物，其金属离子摩尔比为钛︰锌︰铁︰铈︰铝︰钙︰钯＝0.1～5︰0.5～5︰0～2︰0～1︰1～5︰0.1～2︰0～1。
本发明催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)载体预处理
在30～60℃下用0.1～0.5mol/l盐酸或硫酸将载体浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在30～80℃下用0.1～0.5mol/l氢氧化钠溶液浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在120～150℃干燥；
(2)活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt％～20wt％，在30～90℃下将备用载体在负压条件下浸泡0.5～24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠、碳酸钠混合溶液，30～100℃下反应0.5～4小时，30～60℃下陈化12～36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在120～150℃干燥至恒重，在200～600℃煅烧1～48小时，制成成品催化剂。
如上所述步骤(2)中，钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化物中的可溶盐。
如上所述的氢氧化钠、碳酸钠混合溶液浓度为5wt％～20wt％，其中氢氧化钠:碳酸钠重量比为1︰1～3。
本发明与现有技术相比具有以下优势：
1、利用本发明的活性催化剂，使用低压电解法降解游泳池水中尿素，很好地解决了目前泳池中尿素处理困难的问题，尿素降解率达90％以上，催化剂用量少，成本较低，使用寿命长达3～12个月，催化剂再生后部分回用，催化剂无毒，在水中不析出无污染，
2、本发明的活性催化剂的加入在降解游泳池中尿素的同时，又降解了一氯胺、二氯胺、三氯胺等有害有机物，该方法可以推广应用于各种含氯游泳池水中尿素处理。
具体实施方式
实施例1：
步骤一：载体预处理
在30℃温度下用0.1mol/L盐酸溶液将比表面积为100m2/g的氧化铝小球浸泡0.5小时，然后用去离子水洗去酸根，再在30℃温度下用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在120℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、钯、铝、钙水溶性硫酸盐按照5︰5︰2︰5︰2:1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt％，在30℃下将备用载体在负压条件下浸泡0.5小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按摩尔比1︰1组成的混合溶液,其浓度为5wt％,30℃下反应0.5小时，60℃下陈化12小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在120℃干燥至恒重，在200℃煅烧1小时，制成氧化铝小球负载钛、锌、铁、钯、铝、钙氧化物的催化剂,分别为TiO2 1％,ZnO 1％,Fe2O30.8％,PdO 1.5％,Al2O3 0.5％,CaO 0.2％,活性物总含5％,催化剂比表面积105m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素含量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率95％，催化剂使用寿命长达3个月。
实施例2
步骤一：载体预处理
在60℃温度下用0.5mol/L硫酸溶液将比表面积为1000m2/g的分子筛浸泡2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在80℃温度下用0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在150℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性氯化盐按照0.1︰5︰2︰1︰1︰0.1︰1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为20wt％，在90℃下将备用载体在负压条件下浸泡24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1︰3组成的混合溶液,其浓度为20wt％，在100℃下反应2小时，60℃下陈化36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在150℃干燥至恒重，在600℃煅烧48小时，制成分子筛负载钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙复合氧化物的成品催化剂,分别为TiO2 0.05％,Fe2O3 0.3％,CeO2 0.15％,PdO 0.04％,Al2O3 0.005％,活性物总含量为0.5％,催化剂比表面积900m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素含量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率97％，催化剂使用寿命长达12个月。
实施例3
步骤一：载体预处理
在60℃温度下用0.5mol/L盐酸溶液将比表面积为250m2/g的氧化铝小球浸泡2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在80℃温度下用0.5mol/l氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在150℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性硝酸盐按照5︰5︰2︰0.2︰1︰0.1︰1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为15wt％，在90℃下将备用载体在负压条件下浸泡24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1︰3组成的混合溶液,其浓度为20wt％，在100℃下反应2小时，60℃下陈化36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在150℃干燥至恒重，在600℃煅烧48小时，制成氧化铝小球负载的钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙复合氧化物成品催化剂，分别为TiO2 1.2％,ZnO 1.2％,Fe2O3 0.9％,CeO2 0.1％,PdO 0.36％,Al2O3
0.03％,CaO 0.16％活性物总含量4％,催化剂比表面积230m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素含量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率93％，催化剂使用寿命长达8个月。
实施例4
步骤一：载体预处理
在40℃温度下用0.3mol/L硫酸溶液比表面积为650m2/g的分子筛浸泡1小时，然后用去离子水洗去酸根，再在40℃温度下用0.3mol/l氢氧化钠溶液浸泡1小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在130℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、钯、铝、钙水溶性硫酸盐按照2︰3︰1︰3︰0.1︰1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为10wt％，在40℃下将备用载体在负压条件下浸泡20小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1︰2组成的混合溶液,其浓度为10wt％，40℃下反应2小时，50℃下陈化20小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在140℃干燥至恒重，在500℃煅烧12小时，制成分子筛负载钛、锌、铁、钯、铝、钙复合氧化物的成品催化剂，分别为TiO20.18％,ZnO 0.27％,Fe2O3 0.35％,PdO 0.13％,Al2O3 0.01％,CaO 0.06％,活性物总含量1％,催化剂比表面积120m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素含量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率90％，催化剂使用寿命长达5个月。
实施例5
步骤一：载体预处理
在50℃温度下用0.2mol/L硫酸溶液比表面积为150m2/g的氧化铝小球浸泡1.5小时，然后用去离子水洗去酸根，再在50℃温度下用0.2mol/l氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在150℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性氯化盐按照0.1︰0.5︰2︰1︰5︰2︰1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为6wt％，50℃下将备用载体在负压条件下浸泡10小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1︰1组成的混合溶液,其浓度为6wt％，50℃下反应4小时，60℃下陈化30小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在150℃干燥至恒重，在500℃煅烧20小时，制成氧化铝小球负载钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙复合氧化物的成品催化剂，分别为TiO2 0.02％,ZnO 0.09％,Fe2O3 0.67％,CeO2 0.36％,PdO 1.3％,Al2O3 0.43％,CaO0.13％活性物总含量3％,催化剂比表面积125m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率92.5％，催化剂使用寿命长达5个月。
实施例6
步骤一：载体预处理
在35℃温度下用0.4mol/L盐酸溶液比表面积为450m2/g的分子筛浸泡1小时，然后用去离子水洗去酸根，再在35℃温度下用0.4mol/l氢氧化钠溶液浸泡1.5小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在140℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝水溶性硫酸盐按照3︰1︰1︰0.3︰2︰0.1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为12wt％，在35℃下将备用载体在负压条件下浸泡20小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1︰2组成的混合溶液,其浓度为16wt％，45℃下反应3小时，50℃下陈化20小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在140℃干燥至恒重，在400℃煅烧8小时，制成分子筛负载钛、锌、铁、铈、钯、铝复合氧化物的成品催化剂，分别为TiO2 0.6％,ZnO0.21％,Fe2O3 0.41％,CeO2 0.3％,PdO 0.62％,Al2O3 0.03％,活性物总含量2％,催化剂比表面积425m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰,控制电流密度为5A/m2，电压20V，泳池中原始尿素含量为55mg/L，经24小时运行后,尿素降解率94％，催化剂使用寿命长达10个月。

Claims (3)

1.一种低压电解法降解游泳池水中尿素的催化剂，其特征在于:其催化剂组成包括载体和活性组分,其活性组分的质量百分含量为0.5%～5%，其余为载体；所述活性组分为：钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物混合物，其金属离子摩尔比为钛︰锌︰铁︰铈︰铝︰钙︰钯＝0.1～5︰0.5～5︰0～2︰0～1︰1～5︰0.1～2︰0～1；
所述的载体为分子筛或氧化铝小球，其比表面积100-1000m2/g；
该催化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)载体预处理
在30～60℃下用0.1～0.5mol/L盐酸或硫酸将载体浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在30～80℃下用0.1～0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在120～150℃干燥；
(2)活性成分负载
将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%～20wt%，在30～90℃下将备用载体在负压条件下浸泡0.5～24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠、碳酸钠混合溶液，30～100℃下反应0.5～4小时，30～60℃下陈化12～36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在120～150℃干燥至恒重，在200～600℃煅烧1～48小时，制成成品催化剂。
2.如权利要求1所述的一种低压电解法降解游泳池水中尿素的催化剂，其特征在于:所述步骤(2)中，钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化物。
3.如权利要求1所述的一种低压电解法降解游泳池水中尿素的催化剂，其特征在于:所述的氢氧化钠、碳酸钠混合溶液浓度为5wt%～20wt%，其中氢氧化钠:碳酸钠重量比为1︰1～3。
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