CN111408381A - 一种用于去除废水cod和色度的多金属臭氧催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于去除废水cod和色度的多金属臭氧催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于臭氧催化氧化的催化剂及其制备方法与应用。该臭氧催化氧化的催化剂的制备方法如下：用催化剂对陶粒原料核进行包覆；然后再进行烧结，即得；其中，所述陶粒原料核由下述质量百分含量的原料制成：粉煤灰50％、高岭土30％、膨化剂20％；所述混合催化剂由下述质量百分含量的原料制成：10‑15％的二氧化锰、3‑8％的二氧化钛、5‑10％的三氧化二铝、5‑10％的三氧化二铁、1‑5％的四氧化三钴和70％的黄土。本发明制备的催化剂中多种金属氧化物的负载可大大增加臭氧催化剂的活性而且它们互相之间具有协同作用，并且最终制得的催化剂具有高催化效率，高稳定性、可重复利用性等优点。

Description

一种用于去除废水COD和色度的多金属臭氧催化剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种用于去除废水COD和色度的多金属臭氧催化剂及其制备方法。
背景技术
臭氧催化氧化技术是一种用于废水深度处理的高效的水处理技术，是近年来工业废水处理和自来水深度处理领域的研究热点。与单独利用臭氧作氧化剂处理废水相比，臭氧与催化剂相互作用产生的羟基自由基对废水中有机物有更强的氧化能力，而且有更快的氧化速率，几乎可以氧化所有的有机污染物，能较为有效地解决有机物降解不完全的问题。臭氧催化氧化技术分为均相臭氧催化氧化技术和非均相臭氧催化氧化技术，均相臭氧催化氧化技术具有催化剂分布均匀、催化活性高、作用机理简单等优点。但是，由于催化剂混溶于水因此它的缺点也非常突出，如催化剂不易回收、易产生二次污染、运行费用较高等，这都将增加水处理的成本。非均相臭氧催化氧化技术中的催化剂以固态形式存在，易与废水分离，能重复利用，运行费用低，既避免了催化剂的流失，也降低了水的处理成本。因此在实际废水的处理中应用广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于去除废水COD和色度的多金属臭氧催化氧化的催化剂及其制备方法。
本发明所提供的用于去除废水COD和色度的多金属臭氧催化氧化的催化剂的制备方法，包括下述步骤：
(1)陶粒原料核的制备
所述陶粒原料核由下述质量百分含量的原料制成：粉煤灰45％-50％、高岭土30-35％、膨化剂15-20％；将所述原料按比例混合后制备成陶粒原料核；
(2)催化剂对陶粒原料核的包覆
用混合催化剂包覆所述陶粒原料核表面，得到包覆催化剂的陶粒；
其中，所述混合催化剂由下述质量百分含量的原料制成：10-15％的二氧化锰(MnO2)、3-8％的二氧化钛(TiO2)、5-10％的三氧化二铝(Al2O3)、5-10％的三氧化二铁(Fe2O3)、1-5％的四氧化三钴(Co3O4)和70％的黄土；
(3)烧结
将步骤(2)制备的包覆催化剂的陶粒进行烧结，制得用于臭氧催化氧化的陶粒催化剂。
上述方法步骤1)中，所述陶粒原料核的粒径为2-2.5mm；所述陶粒原料核是通过糖衣制备机制备而成。具体的，所述陶粒原料核由下述质量百分含量的原料制成：粉煤灰50％、高岭土30％、膨化剂20％。
所述膨化剂具体可为铝硅酸镁。
上述方法步骤2)中，所述催化剂用水混合成糊状，并喷洒形成包衣附着在陶粒原料核表面。所述包覆催化剂的催化剂陶粒的粒径为4-5mm。
所述混合催化剂具体由下述质量百分含量的原料制成：12％的二氧化锰(MnO2)、4％的二氧化钛(TiO2)、5％的三氧化二铝(Al2O3)、5％的三氧化二铁(Fe2O3)、4％的四氧化三钴(Co3O4)和70％的黄土；
所述混合催化剂和所述陶粒原料核的质量比可为0.1-0.5：1，具体可为0.2:1。
上述方法步骤3)中，所述烧结的温度为1000-1200℃，烧结的时间为1.5小时-2.5小时。
上述方法制备得到的多金属臭氧催化氧化的催化剂也属于本发明的保护范围。
本发明的再一个目的是提供上述多金属臭氧催化氧化的催化剂的应用。
本发明所提供的多金属臭氧催化氧化的催化剂的应用是其在高浓度有机废水处理中的应用，尤其是去除废水中的COD和色度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用首先通过粉煤灰、高岭土和膨化剂自行制备陶粒原料核载体，制得的载体具有高的催化剂可负载面积，可以大大提高多金属催化剂在陶粒原料核上的负载量，而且提高了臭氧催化剂的稳定性，增加了臭氧催化剂的活性面积，从而提高本臭氧催化剂的氧化效率。本发明采用废弃污染物粉煤灰作原料，实现了对废物粉煤灰的有效利用。
(2)本发明将多金属催化剂包覆在陶粒原料核上进行烧结制备臭氧催化剂。多种金属氧化物的负载可大大增加臭氧催化剂的活性而且它们互相之间具有协同作用，并且最终制得的催化剂具有高催化效率，高稳定性、可重复利用性等优点。
附图说明
图1为本实验制得的用于去除废水COD和色度的多金属臭氧催化剂的实物图。
图2为实施例中色度去除效果图。
图3为实施例中COD去除效果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1、多金属臭氧催化氧化催化剂的制备及效果验证
(1)陶粒原料核成分为粉煤灰、高岭土和膨化剂，将该陶粒原料核成分通过糖衣制备机制制备粒径为2-2.5mm的陶粒原料核，其中膨化剂为铝硅酸镁；以重量百分比计，粉煤灰、高岭土和膨化剂各占陶粒生产原料的比例为：50％，30％，20％。
(2)以12％质量份的二氧化锰(MnO2)、4％质量份的二氧化钛(TiO2)、5％质量份的三氧化二铝(Al2O3)、5％质量份的三氧化二铁(Fe2O3)、4％质量份的四氧化三钴(Co3O4)和70％质量份的黄土用水混合成糊状(混合催化剂)喷洒形成包衣附着在陶粒核骨架上生成直径4-5mm的包覆催化剂的催化剂颗粒；其中，混合催化剂和陶粒核的质量比为0.2：1。
(3)将步骤(2)包覆催化剂的陶粒在1200℃烧结，烧结的时间为2小时，制得用于臭氧催化氧化的陶粒催化剂。
臭氧催化氧化效果验证：
(4)取1000ml的水样加入到量筒中，水样的COD为4794mg/L，色度为755.6。用100g/h的臭氧发生器，采用曝气头加入的方式连续曝气120min，然后分别在30、60、90、120min时取水样测定水样的色度和COD。(备注：臭氧流量为0.2m3/h；压力为0.1mpa；功率为：510w；臭氧浓度为：150mg/L。)
(5)取催化剂放入量筒中加入1000ml的水样。然后分别在30、60、90、120min时取水样测定水样的色度和COD。(备注：臭氧流量为0.2m3/h；压力为0.1mpa；功率为：500w；臭氧浓度为：150mg/L，上述制备的臭氧催化氧化催化剂的用量15g/L。)具体测试结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0002449726400000031
Figure BDA0002449726400000041
经对比发现：不加入本发明的臭氧催化氧化催化剂时，臭氧对水样色度的去除效率为46％；加入本发明制备的臭氧催化氧化催化剂时，臭氧对水样色度的去除效率为75％，效果有明显提升。
不加入本发明的臭氧催化氧化催化剂时，臭氧对水样COD的去除效率为90％；加入本发明的臭氧催化氧化催化剂时，臭氧对水样COD的去除效率为95％，虽然去除效率上变化不大，但是加入本臭氧催化剂时臭氧对水样COD去除可降低到230mg/L左右，而不加入臭氧催化剂时臭氧对水样COD去除最多降到450mg/L左右，去除的最终效果有明显提高。

Claims (10)

1.一种用于臭氧催化氧化的催化剂的制备方法，包括下述步骤：
用混合催化剂对陶粒原料核进行包覆，得到包覆催化剂的催化剂陶粒；然后再对所述催化剂陶粒进行烧结，得所述用于臭氧催化氧化的催化剂；
其中，所述陶粒原料核由下述质量百分含量的原料制成：45％-50％、高岭土30-35％、膨化剂15-20％；
所述混合催化剂由下述质量百分含量的原料制成：10-15％的二氧化锰、3-8％的二氧化钛、5-10％的三氧化二铝、5-10％的三氧化二铁、1-5％的四氧化三钴和70％的黄土。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合催化剂与所述陶粒原料核的质量比为0.1-0.5：1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述陶粒原料核将所述原料按比例混合后制备而成；具体的，所述陶粒原料核是通过糖衣制备机制备而成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述陶粒原料核中的膨化剂为铝硅酸镁。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述陶粒原料核的粒径为2-2.5mm；所述包覆催化剂的催化剂陶粒的粒径为4-5mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述混合催化剂用水混合成糊状，并喷洒形成包衣附着在所述陶粒原料核表面。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述烧结的温度为1000-1200℃，烧结的时间为1.5-2.5h。
8.权利要求1-7中任一项所述方法制备得到的臭氧催化氧化的催化剂。
9.权利要求8所述的臭氧催化氧化的催化剂在废水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述应用为去除废水中的COD和色度。
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