CN108940294A - 一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸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氰尿酸降解效率高、成本低、处理时间短、无二次污染的的优点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂及制备方法。
背景技术
游泳池水质问题一直是全社会关注的重大公共卫生问题。游泳池水中通常都含有各种细菌、藻类，人体分泌物及排泄物，这些成分的存在污染了泳池水质，对人体健康有较大危害，为了保持水质，泳池中需采用的各种杀菌灭藻及净化措施，其中活性氯消毒是使用最为广泛也是效果较好的杀菌灭藻方法，其中二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸因其有效率含量高，运输、储存方便，或速溶、或缓释，好控制使用越来越广泛，用量也逐年增大。但是上述产品在释放出活性氯后产生副产物氰尿酸，氰尿酸在泳池中不会分解，随着其不断累积会影响水质，也会对人体健康带来不利影响。
使用二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸作为消毒杀菌剂的游泳池，分解产生的氰尿酸只能通过换水来降低浓度，目前游泳池水质处理的主要几种常规方式对氰尿酸消除基本无效果，如大量换水使得泳池用水量增加，还需要不断加热以维持水温，造成水资源及能源浪费，造成泳池运行成本升高。在这种条件下如何去除氰尿酸的问题越来越受到关注。
本发明是在利用低压电解法的基础上加入活性催化剂降解含氯游泳池水中氰尿酸的方法，经检索未发现有现有技术。
发明内容
本发明是在针对上述问题，提供一种含氯游泳水中氰尿酸降解效率高、成本低、处理时间短、无二次污染的电催化法降解游泳池水中氰尿酸的催化剂及制备方法。
本发明提供一种降解游泳池中氰尿酸的催化剂及制备方法，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。
如上所述的载体为活性炭，其比表面积800～2000m2/g。
如上所述活性组分为锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜的金属氧化物混合物，其金属离子摩尔比为锌：钛：镁：钒：锶：锡：铜＝0.1～5︰0.5～5︰0.1～2︰0.1～1︰0.1～2︰0.1～2︰1～5。
本发明催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)载体预处理
在30～80℃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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%～20wt%，在30～80℃下将活性炭载体浸泡1～10小时，滤去多余溶液，加入氢氧化钾溶液，加入量为金属离子当量数的1.05-1.5倍，30～100℃下反应0.5～4小时，30～100℃下陈化12～24小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于120～150℃干燥至恒重，在氮气保护下400～600℃煅烧3～10小时，制成催化剂。
如上所述步骤(2)中，锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性盐为硫酸盐。
如上所述的氢氧化钾溶液浓度为5wt%～20wt%，氢氧化钾加入量为金属离子当量数的1.05-1.5倍。
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，应用于低压电催化降解游泳池水中氰尿酸的方法中，能解决目前泳池中处理氰尿酸困难的问题，使氰尿酸降解率达90%以上，催化剂用量少，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、本发明活性催化剂的加入到电催化降解游泳池水中氰尿酸过程中，很好地降低泳池水的运行成本，该方法可以推广应用于各种含氯游泳池水中氰尿酸处理。
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氢氧化钠溶液浸泡0.5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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性硫酸盐按照5︰5︰2︰1︰2︰2︰1摩尔比配成混合溶液，混合溶液浓度为20wt%，在80℃下将比表面积800m2/g的活性炭载体浸泡1小时，滤去多余溶液，加入量为金属离子当量数1.5倍的20wt%氢氧化钾溶液,100℃下反应0.5小时， 100℃下陈化24小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于120℃干燥至恒重，在600℃煅烧3小时，制成活性炭负载锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜氧化物的催化剂,分别为ZnO1.3tw%,TiO2 1.3wt%,MgO 0.4wt%,V2O50.2wt%,SrO 0.6wt%,SnO 0.9wt%,CuO 0.3wt%，活性物总含量5wt%,其余为活性炭，催化剂比表面积750m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10 mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰, 控制电流密度为5 A/m2，电压20V，泳池中原始氰尿酸含量为140mg/L，经24小时运行后, 氰尿酸降解率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120℃干燥后备用。
步骤二：活性成分负载
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性硫酸盐按照0.1︰0.5︰1︰0.1︰1:0.1:0.5摩尔比配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%，在30℃下将比表面积2000m2/g的活性炭载体浸泡10小时，滤去多余溶液，加入量为金属离子当量数1.05倍的5wt%氢氧化钾溶液,30℃下反应4小时， 30℃下陈化20小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于150℃干燥至恒重，在400℃煅烧10小时，制成活性炭负载锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜氧化物的催化剂,分别为ZnO 0.01wt%,TiO2 0.05 wt%, MgO 0.07 wt%,V2O50.02 wt%,SrO 0.1 wt%,SnO 0.02wt%,CuO 0.21 wt%活性物总含量0.5wt%,其余为活性炭，催化剂比表面积1800m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10 mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰, 控制电流密度为5 A/m2，电压20V，泳池中原始氰尿酸含量为100mg/L，经24小时运行后, 尿素降解率92%，催化剂使用寿命长达3个月。
实施例3：
步骤一：载体预处理
在60℃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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性硫酸盐按照2:3:1:0.5:1:1:2摩尔比配成混合溶液，混合溶液浓度为10wt%，在50℃下将比表面积1200m2/g的活性炭载体浸泡6小时，滤去多余溶液，加入量为金属离子当量数1.1倍的10wt%氢氧化钾溶液,50℃下反应2小时， 50℃下陈化12小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于130℃干燥至恒重，在500℃煅烧5小时，制成活性炭负载锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜氧化物的催化剂,分别为ZnO0.5wt%,TiO2 0.8wt%, MgO 0.2wt%,V2O5 0.1tw%,SrO 0.3wt%,SnO 0.5wt%,CuO 0.5wt%活性物总含量3wt%,其余为活性炭，催化剂比表面积1000m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10 mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰, 控制电流密度为5 A/m2，电压20V，泳池中原始氰尿酸含量为120mg/L，经24小时运行后, 氰尿酸降解率97%，催化剂使用寿命长达4个月。
实施例4：
步骤一：载体预处理
在60℃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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性硫酸盐按照1:1:0.5:0.4:0.5:0.5:3摩尔比配成混合溶液，混合溶液浓度为7wt%，在40℃下将比表面积1800m2/g的活性炭载体浸泡6小时，滤去多余溶液，加入量为金属离子当量数1.4倍的7wt%氢氧化钾溶液,80℃下反应4小时， 80℃下陈化15小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于140℃干燥至恒重，在450℃煅烧6小时，制成活性炭负载锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜氧化物的催化剂,分别为ZnO 0.3wt%,TiO2 0.3wt%, MgO 0.1wt%,V2O50.1wt%,SrO0.2wt%,SnO 0.2wt%,CuO 0.8wt%活性物总含量2%,其余为活性炭，催化剂比表面积1500m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10 mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的6‰, 控制电流密度为5 A/m2，电压20V，泳池中原始氰尿酸含量为120mg/L，经24小时运行后, 尿素降解率93%，催化剂使用寿命长达3个月。
实施例5：
步骤一：载体预处理
在60℃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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性硫酸盐按照4:2:4:1.5:0.2:0.5:4摩尔比配成混合溶液，混合溶液浓度为12wt%，在70℃下将比表面积950m2/g的活性炭载体浸泡4小时，滤去多余溶液，加入量为金属离子当量数1.3倍的12wt%氢氧化钾溶液,70℃下反应2小时，70℃下陈化13小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于140℃干燥至恒重，在550℃煅烧6小时，制成活性炭负载锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜氧化物的催化剂,分别为ZnO1wt%,TiO2 0.5wt%, MgO 0.8wt%,V2O50.4wt%,SrO0.1wt%,SnO 0.2wt%,CuO 1.0wt%，活性物总含量4wt%,其余为活性炭，催化剂比表面积850m2/g。
将步骤二的催化剂加入置有电解装置的含氯浓度为10 mg/L的泳池水中，加入量为泳池水重量的5‰, 控制电流密度为5 A/m2，电压20V，泳池中原始氰尿酸含量为130mg/L，经24小时运行后, 氰尿酸降解率92%，催化剂使用寿命长达3个月。
Claims (7)
1.一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂，其特征在于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。
2.如权利要求1所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂，其特征在于所述的载体为活性炭，其比表面积800-2000m2/g。
3.如权利要求1所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂，其特征在于所述活性组分为锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜的金属氧化物混合物，其金属离子摩尔比为锌：钛：镁：钒：锶：锡：铜＝0.1～5︰0.5～5︰0.1～2︰0.1～1︰0.1～2︰0.1～2︰1～5。
4.如权利要求1－3任一项所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)载体预处理
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
将锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%～20wt%，在30～80℃下将活性炭载体浸泡1～10小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钾溶液，30～100℃下反应0.5～4小时，30～100℃下陈化12～24小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在氮气保护下于120～150℃干燥至恒重，在氮气保护下400～600℃煅烧3～10小时，制成催化剂。
5.如权利要求4所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，锌、钛、镁、钒、锶、锡、铜水溶性盐为硫酸盐。
6.如权利要求4所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂的制备方法，其特征在于所述的氢氧化钾溶液浓度为5wt%～20wt%。
7.如权利要求4所述的一种电催化降解含氯游泳池水中氰尿酸的催化剂的制备方法，其特征在于所述的氢氧化钾加入量为金属离子当量数的1.05-1.5倍。
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