CN112624299B - 一种含磷有机废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含磷有机废水的处理方法,其包括:步骤A:将废水和湿式氧化多相催化剂接触,得到处理液I,其中所述湿式氧化多相催化剂包括TiO2、Fe2O3以及铂族金属单质;步骤B:将所述处理液I与含铁、铝和钙化合物中的至少一种进行接触,形成不溶性沉淀物。采用本发明提供的废水处理方法用于蒽醌法生产过氧化氢的废水中具有脱除COD和磷效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及有机废水处理技术领域,尤其涉及一种蒽醌法生产过氧化氢的废水处理方法。
背景技术
过氧化氢是一种重要的无机化工产品,由于其在使用过程中具有无污染的特性,广泛应用于化工、造纸、纺织、环保等领域,被誉为最清洁的化工产品之一。然而,过氧化氢的生产过程却并不环保,蒽醌法生产过氧化氢工艺生产过程中排放大量的废水,其中有机污染物为重芳烃、烷基蒽醌和磷酸三辛脂等。另外,磷酸作为过氧化氢稳定剂,也同时存在于外排的废水中,磷酸根含量在1000~6000ppm的范围。该废水COD值高、总磷浓度高,必须通过有效的预处理手段降解废水中的COD、降低磷含量,方可排入生化池进一步处理。
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发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中无法同时有效脱除COD和磷的问题,为此本发明提供一种用于蒽醌法生产过氧化氢的废水处理工艺,该工艺具有脱除COD和磷效率高的优点。
本发明的一方面提供了一种含磷有机废水的处理方法,其包括:
步骤A:将废水和湿式氧化多相催化剂接触,得到处理液I,其中所述湿式氧化多相催化剂包括TiO2、Fe2O3以及铂族金属单质;
步骤B:将所述处理液I中加入含铁、铝和钙化合物中的至少一种进行接触,形成不溶性沉淀物。
根据本发明的一些实施方式,以重量份计,所述湿式氧化多相催化剂包括以下组分:80-99份的TiO2,0.1-20份的Fe2O3,0.01-5份的铂族金属单质。
根据本发明的优选实施方式,以重量份计,所述湿式氧化多相催化剂包括以下组分:90-99份的TiO2,0.1-10份的Fe2O3,0.01-5份的铂族金属单质。
根据本发明的一些实施方式,所述铂族金属单质选自铱(Ir)、铑(Rh)、钯(Pd)和铂(Pt)中的至少一种。
根据本发明的优选实施方式,所述铂族金属单质为Rh单质。
根据本发明的一些实施方式,TiO2和Fe2O3在所述催化剂中作为载体。
根据本发明的一些实施方式,所述TiO2的晶型为锐钛矿型。
根据本发明的一些实施方式,所述铂族金属单质的平均颗粒大小≤5nm。
根据本发明的一些实施方式,所述湿式氧化多相催化剂的比表面积为10-60m2/g。
根据本发明的一些实施方式,所述湿式氧化多相催化剂的孔容为0.08-0.4cm3/g。
根据本发明的一些实施方式,所述湿式氧化多相催化剂的孔径为10-50nm。
根据本发明的一些实施方式,所述湿式氧化多相催化剂的制备方法包括:
步骤S1:将TiO2和Fe2O3造孔剂混合,挤出成型后焙烧,得到催化剂载体;
步骤S2:将化合态铂族金属元素负载到所述催化剂载体上;
步骤S3:将化合态铂族金属元素还原为单质铂族金属元素。
根据本发明的一些实施方式,采用浸渍法将化合态铂族金属元素负载到所述催化剂载体上。
根据本发明的一些实施方式,在所述步骤S1中还加入造孔剂。
根据本发明的一些实施方式,所述造孔剂包括选自淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、三甲苯、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
催化剂载体的比表面积是影响催化剂活性的重要影响因素,催化剂载体比表面积越大,越有利于贵金属颗粒的分散度,进而提高贵金属的利用率,提高催化剂的氧化效率。因此,为提高催化剂载体的比表面积,本发明在催化剂载体制备过程中添加了有机造孔剂。
根据本发明的一些实施方式,所述Fe2O3的用量为TiO2用量的0.1-20%。
根据本发明的优选实施方式,所述Fe2O3的用量为TiO2用量的1-10%。
根据本发明的一些实施方式,所述造孔剂的用量为TiO2用量的0.5-10%。
根据本发明的优选实施方式,所述造孔剂的用量为TiO2用量的5-10%。
根据本发明的一些实施方式,所述焙烧的温度为350-650℃,时间为2-8h。
根据本发明的一些实施方式,所述还原采用氢气还原。
根据本发明的一些实施方式,所述还原的温度为150-500℃,时间为1-12h。
根据本发明的一些实施方式,所述废水中包含过氧化氢。
根据本发明的一些实施方式,所述过氧化氢的含量为1-20wt%。
根据本发明的优选实施方式,所述过氧化氢的含量为5-15wt%。
根据本发明的一些实施方式,所述造孔剂包括选自淀粉、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、三甲苯、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种。
根据本发明的优选实施方式,所述含铁、铝或钙的化合物包括选自选自硫酸亚铁、聚合三氯化铝和氢氧化钙中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式,所述含铁、铝或钙的化合物的用量为废水总磷的1-2倍(摩尔比)。
根据本发明的一些实施方式,所述废水的pH为2.5-9。
根据本发明的一些实施方式,所述处理液I的pH为2-7。
根据本发明的一些实施方式,在步骤A中,所述接触的温度为200-300℃,压力为3-12MPa,时间为10-90分钟。
根据本发明的一些实施方式,在步骤B中,所述接触的温度为20-80℃,时间为5-60分钟。
根据本发明的一些实施方式,所述步骤A在反应器中进行。
根据本发明的一些实施方式,所述反应器选自固定床、流化床和反应釜中的任意一种。
本发明所述的废水是指蒽醌法生产过氧化氢过程中排放的工作液洗涤水和氢化塔催化剂再生、后处理白土床、氢化再生床吹扫产生的蒸汽凝液。所述废水中主要污染物为重芳烃、烷基蒽醌及其降解物、磷酸三辛酯等。所述废水为淡黄色澄清溶液,呈弱酸性,pH小于7。
本发明的另一方面提供了一种根据第一方面所述的处理方法在蒽醌法生产过氧化氢废水处理中的应用。
采用本发明的技术方案,结果表明,蒽醌法生产过氧化氢的废水经处理后,可有效降低废水的COD和磷含量,处理前废水COD 59600mg/L、总磷1240mg/L,处理后剩余COD可低至112mg/L,总磷小于0.3mg/L,取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为根据本发明实施例1制备的催化剂A-01的透射电镜图。
图2为根据本发明实施例2制备的催化剂A-02的透射电镜图。
图3为根据本发明比较例1制备的催化剂B-01的透射电镜图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述,但是这些实施例无论如何都不对本发明的范围构成限制。
实施例1
1、催化湿式氧化工艺
蒽醌法生产过氧化氢的废水(COD=59600mg/L、总磷1240mg/L、pH=3.7、过氧化氢含量13.8wt%)调节pH至5.5后,与空气混合,通过装填有90g A-01催化剂的固定床反应器,在反应温度260℃,压力为7.0MPa的条件下进行催化湿式氧化,反应时间为1h,得处理液I。废水流速1.5mL/min。反应结果见表1。
2、除磷工艺
在1000mL处理液I中加入25g聚合三氯化铝,调节pH至4.8,搅拌60分钟后过滤,得澄清的出水。反应结果见表1。
3、催化湿式氧化催化剂制备
3.1催化剂载体的制备方法:
将200g的TiO2、6g的Fe2O3、15gPMMA和95g水加入捏合机中混合20分钟,然后挤出成型。40℃干燥48h后,在600℃下焙烧2h,即得催化剂载体。
3.2催化剂的制备方法
1.2g RhCl3溶于20g水中配置成溶液A,在25℃条件下,将100g催化剂载体浸渍于该溶液A中。浸渍12h后在40℃条件下真空干燥48h,再在90℃下干燥12h得催化剂前驱体。催化剂前驱体在450℃、氢气气氛下还原4h,得催化湿式氧化催化剂A-01。催化剂的透射电镜见图1,催化剂的比表面积、孔容和孔径数据见表2。
实施例2
1、催化湿式氧化工艺
蒽醌法生产过氧化氢的废水(COD=59600mg/L、总磷1240mg/L、pH=3.7、过氧化氢含量13.8wt%)调节pH至5.5后,与空气混合,通过装填有90g A-02催化剂的固定床反应器,在反应温度260℃,压力为7.0MPa的条件下进行催化湿式氧化,反应时间为1h,得处理液I。废水流速1.5mL/min。反应结果见表1。
2、除磷工艺
在1000mL处理液I中加入25g硫酸亚铁,调节pH至4.8,搅拌60分钟后过滤,得澄清的出水。反应结果见表1。
3、催化湿式氧化催化剂制备
3.1催化剂载体的制备方法:
将200g的TiO2、6g的Fe2O3、15g P123和95g水加入捏合机中混合20分钟,然后挤出成型。40℃干燥48h后,在600℃下焙烧2h,即得催化剂载体。
3.2催化剂的制备方法
1.2g RhCl3溶于20g水中配置成溶液A,在25℃条件下,将100g催化剂载体浸渍于该溶液A中。浸渍12h后在40℃条件下真空干燥48h,再在90℃下干燥12h得催化剂前驱体。催化剂前驱体在450℃、氢气气氛下还原4h,得催化湿式氧化催化剂A-02。催化剂的透射电镜见图2,催化剂的比表面积、孔容和孔径数据见表2。
实施例3
催化剂的制备方法与实施例1的不同之处仅在于步骤1中加入的造孔剂为15gPVA,得到催化湿式氧化催化剂W-03,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例4
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的造孔剂为20gPMMA,得催化湿式氧化催化剂W-04,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例5
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的造孔剂为4gPMMA,得催化湿式氧化催化剂W-05,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例6
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的造孔剂为2gPMMA,得催化湿式氧化催化剂W-06,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例7
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的TiO2与Fe2O3的质量比为5:1,得催化湿式氧化催化剂W-07,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例8
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的TiO2与Fe2O3的质量比为20:1,得催化湿式氧化催化剂W-08,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例9
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的TiO2与Fe2O3的质量比为100:1,得催化湿式氧化催化剂W-09,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例10
催化剂的制备方法与实施例1相同,不同之处仅在于步骤1中加入的TiO2与Fe2O3的质量比为200:1,得催化湿式氧化催化剂W-10,其比表面积、孔容和孔径数据见表2。
催化湿式氧化实验、化学除磷方法与实施例1相同,反应结果见表1。
实施例11
催化剂的制备方法、催化湿式氧化实验与实施例1相同,不同之处仅在于化学除磷中,在1000mL处理液I中加入25g硫酸亚铁,反应结果见表1。
实施例12
催化剂的制备方法、催化湿式氧化实验与实施例1相同,不同之处仅在于化学除磷中,在1000mL处理液I中加入25g生石灰,反应结果见表1。
比较例1
1、催化湿式氧化工艺
蒽醌法生产过氧化氢的废水(COD=59600mg/L、总磷1240mg/L、pH=3.7、过氧化氢含量13.8wt%)调节pH至5.5后,与空气混合,通过装填有90g B-01催化剂的固定床反应器,在反应温度260℃,压力为7.0MPa的条件下进行催化湿式氧化,反应时间为1h,得处理液I。废水流速1.5mL/min。反应结果见表1。
2、除磷工艺
1000mL处理液I调节pH至4.8,搅拌60分钟后过滤,得澄清的出水。反应结果见表1。
3、催化湿式氧化催化剂制备
3.1催化剂载体的制备方法
将200g的TiO2和95g水加入捏合机中混合20分钟,然后挤出成型。40℃干燥48h后,在600℃下焙烧2h,即得催化剂载体。
3.2催化剂的制备方法
1.2g RhCl3溶于20g水中配置成溶液A,在25℃条件下,将100g催化剂载体浸渍于该溶液A中。浸渍12h后在40℃条件下真空干燥48h,再在90℃下干燥12h得催化剂前驱体。催化剂前驱体在450℃、氢气气氛下还原4h,得催化湿式氧化催化剂B-01。催化剂的透射电镜见图3,催化剂的比表面积、孔容和孔径数据见表2。
比较例2
1、催化湿式氧化工艺
蒽醌法生产过氧化氢的废水(COD=59600mg/L、总磷1240mg/L、pH=3.7、过氧化氢含量13.8wt%)调节pH至5.5后,与空气混合,通过装填有90g B-02催化剂的固定床反应器,在反应温度260℃,压力为7.0MPa的条件下进行催化湿式氧化,反应时间为1h,得处理液I。废水流速1.5mL/min。反应结果见表1。
2、除磷工艺
在1000mL处理液I中加入25g硫酸亚铁,调节pH至4.8,搅拌60分钟后过滤,得澄清的出水。反应结果见表1。
3、催化湿式氧化催化剂制备
3.1催化剂载体的制备方法:
将200g的TiO2、6g的Fe2O3和95g水加入捏合机中混合20分钟,然后挤出成型。40℃干燥48h后,在600℃下焙烧2h,即得催化剂载体。
3.2催化剂的制备方法
1.2g RhCl3溶于20g水中配置成溶液A,在25℃条件下,将100g催化剂载体浸渍于该溶液A中。浸渍12h后在40℃条件下真空干燥48h,再在90℃下干燥12h得催化剂前驱体。催化剂前驱体在450℃、氢气气氛下还原4h,得催化湿式氧化催化剂B-02,其催化剂的比表面积、孔容和孔径数据见表2。
比较例3
1、催化湿式氧化工艺
蒽醌法生产过氧化氢的废水(COD=59600mg/L、总磷1240mg/L、pH=3.7、过氧化氢含量13.8wt%)调节pH至5.5后,与空气混合,通过装填有90g B-03催化剂的固定床反应器,在反应温度260℃,压力为7.0MPa的条件下进行催化湿式氧化,反应时间为1h,得处理液I。废水流速1.5mL/min。反应结果见表1。
2、除磷工艺
在1000mL处理液I中加入25g硫酸亚铁,调节pH至4.8,搅拌60分钟后过滤,得澄清的出水。反应结果见表1。
3、催化湿式氧化催化剂制备
3.1催化剂载体的制备方法:
将200g的TiO2、15gPMMA和95g水加入捏合机中混合20分钟,然后挤出成型。40℃干燥48h后,在600℃下焙烧2h,即得催化剂载体。
3.2催化剂的制备方法
1.2g RhCl3溶于20g水中配置成溶液A,在25℃条件下,将100g催化剂载体浸渍于该溶液A中。浸渍12h后在40℃条件下真空干燥48h,再在90℃下干燥12h得催化剂前驱体。催化剂前驱体在450℃、氢气气氛下还原4h,得催化湿式氧化催化剂B-03,其催化剂的比表面积、孔容和孔径数据见表2。
表2.反应结果
表2.催化剂的物理性质
应当注意的是,以上所述的实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述,但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇,而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改,以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例,但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例,相反,本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (19)
1.一种含磷有机废水的处理方法,其包括:
步骤A:将废水和湿式氧化多相催化剂接触,得到处理液I,其中所述湿式氧化多相催化剂包括TiO2、Fe2O3以及铂族金属单质;所述湿式氧化多相催化剂的比表面积为10-60m2/g,和/或所述湿式氧化多相催化剂的孔容为0.08-0.4cm3/g;所述处理液I的pH为2-7;
步骤B:将所述处理液I与含铁、铝和钙化合物中的至少一种进行接触,形成不溶性沉淀物;
所述湿式氧化多相催化剂的制备方法包括:
步骤S1:将TiO2和Fe2O3混合,挤出成型后焙烧,得到催化剂载体;
步骤S2:将化合态铂族金属元素负载到所述催化剂载体上;
步骤S3:将化合态铂族金属元素还原为单质铂族金属元素;
在所述步骤S1中还加入造孔剂。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,以重量份计,所述湿式氧化多相催化剂包括以下组分:80-99份的TiO2,0.1-20份的Fe2O3,0.01-5份的铂族金属单质。
3.根据权利要求2所述的处理方法,其特征在于,以重量份计,所述湿式氧化多相催化剂包括以下组分:90-99份的TiO2,0.1-10份的Fe2O3,0.01-5份的铂族金属单质。
4.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于,所述铂族金属单质为Rh单质;和/或所述TiO2的晶型为锐钛矿型;和/或所述铂族金属单质的平均颗粒大小≤6nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述湿式氧化多相催化剂的孔径为10-50nm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述造孔剂包括选自淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、三甲苯、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述Fe2O3的用量为TiO2用量的0.1-20%;和/或所述造孔剂的用量为TiO2用量的0.5-10%。
8.根据权利要求7所述的处理方法,其特征在于,所述Fe2O3的用量为TiO2用量的0.5-10%;和/或所述造孔剂的用量为TiO2用量的5-10%。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述焙烧的温度为300-700℃,时间为1-12h。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述还原采用氢气还原。
11.根据权利要求10所述的处理方法,其特征在于,所述还原的温度为200-600℃,时间为0.5-12h。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述废水中包含过氧化氢。
13.根据权利要求12所述的处理方法,其特征在于,所述过氧化氢的含量为1-20wt%。
14.根据权利要求13所述的处理方法,其特征在于,所述过氧化氢的含量为5-15wt%。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述含铁、铝或钙的化合物包括选自硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、氯化铁、聚合氯化铁、氢氧化铁、硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、聚合三氯化铝、氢氧化钙和生石灰中的至少一种。
16.根据权利要求15所述的处理方法,其特征在于,所述含铁、铝、或钙的化合物包括选自硫酸亚铁、聚合三氯化铝和氢氧化钙中的至少一种。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,所述废水的pH为2.5-9。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于,步骤A中,所述接触的温度为200-300℃,压力为3-12MPa,时间为10-90分钟;和/或
步骤B中,所述接触的温度为20-80℃,时间为5-60分钟。
19.一种根据权利要求1-18中任一项所述的处理方法在蒽醌法生产过氧化氢废水处理中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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