CN113546643A - 一种降低污水cod的催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低污水COD的催化剂及其制备方法与应用，属于污水处理技术领域。本降低污水COD的催化剂的制备方法，包括以下步骤：称取硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯，放入烧杯内，加入100ml去离子水，加热搅拌，得到浸渍液；取催化剂载体，放入得到的浸渍液中，加热加压反应，干燥，得到初始催化剂；将得到的初始催化剂煅烧，即得到降低污水COD的催化剂。本发明还提供采用上述制备方法制备的降低污水COD的催化剂及其应用。本降低污水COD的催化剂负载铜、锰、钯，对废水中的有机物种类选择性吸附范围广，提供的活性位点多，产生的羟基自由基多，与有机物反应充分，降低废水中的COD效果显著。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种降低污水COD的催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
工业污水中存在的难降解有机物是导致水质恶化的主要物质，因而需要降解污水中的有机物，降低污水COD含量。
近年来，以臭氧、双氧水为氧化器的高级氧化技术逐渐成为工业污水处理的主要技术，其具有适用范围广、氧化能力强等特点。臭氧催化氧化法具有很强的氧化能力，而且无二次污染，对工业污水有着良好的处理效果。但是臭氧分子与有机物直接反应会存在选择性强、反应速率低等问题，需配合催化剂使用，才能高效、稳定的开展污水的治理工作。
因此，亟需一种降低污水COD的催化剂。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种降低污水COD的催化剂及其制备方法与应用。
其一，本发明为了解决上述技术问题提供一种降低污水COD的催化剂的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种降低污水COD的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯，放入烧杯内，加入100ml去离子水，加热搅拌，得到浸渍液；
S2、取催化剂载体，放入步骤S1得到的浸渍液中，加热加压反应，干燥，得到初始催化剂；
S3、将步骤S2得到的初始催化剂煅烧，即得到降低污水COD的催化剂。
本降低污水COD的催化剂去除废水COD的原理如下：
降低污水COD的催化剂负载的金属氧化物选择性吸附废水中的有机物，同时金属氧化物的活性位点在臭氧的作用下生成羟基自由基，自由基与有机污染物发生反应生成无机物，实现有机物的降解，从而降低废水中的COD。与普通催化剂相比，负载铜、锰、钯的催化剂，对废水中的有机物种类选择性吸附范围广，提供的活性位点更多，产生的羟基自由基更多，与有机物反应更充分，所以降低废水中的COD效果显著。
本发明的制备方法的有益效果是：(1)本制备方法的制备过程简单，方便制备得到降低污水COD的催化剂，利于进行大规模生产；
(2)本制备方法制备的降低污水COD的催化剂负载铜、锰、钯，对废水中的有机物种类选择性吸附范围广，提供的活性位点多，产生的羟基自由基多，与有机物反应充分，降低废水中的COD效果显著。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在步骤S1中，所述硝酸铜、所述硝酸锰和所述硝酸钯的比例为(4-4.5)∶(2-2.3)∶1。
采用上述进一步方案的有益效果是：铜、锰、钯的配比合理，更好的吸附有机物。
进一步，在步骤S1中，所述加热搅拌的温度为45-55℃，时间为12-18min。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于制备浸渍液。
进一步，在步骤S2中，所述催化剂载体为活性Al2O3球。
采用上述进一步方案的有益效果是：活性Al2O3球具有高吸附性及高比表面积，可以负载更多的金属氧化物。
进一步，所述活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以负载更多的金属氧化物。
进一步，在步骤S2中，所述加热加压反应的加热温度为110-130℃，压力为198.665Kpa，时间为10-14h。
采用上述进一步方案的有益效果是：使得活性Al2O3球能够充分浸渍硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯溶液，利用硝酸盐高温分解的物理特性，使负载于氧化铝球上的硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯，利于制备初始催化剂。
进一步，在步骤S2中，所述干燥的温度为120℃，时间为12h。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于去除水分。
进一步，在步骤S3中，所述煅烧的温度为700℃，时间为4h。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于制备得到降低污水COD的催化剂。
其二，本发明为了解决上述技术问题提供一种降低污水COD的催化剂。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种采用如上述的降低污水COD的催化剂的制备方法制备得到的降低污水COD的催化剂。
本发明的降低污水COD的催化剂有益效果是：(1)利用活性Al2O3球的高吸附性及高比表面积，可以负载更多的金属氧化物；
(2)多组分金属氧化物负载的催化剂具有更强的可选择性，产生更多的活性位点，配合臭氧在处理污水时产生更多的羟基自由基，真正实现降解污水中的有机物，降低COD含量。
其三，本发明为了解决上述技术问题提供一种降低污水COD的催化剂的应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种如上述的降低污水COD的催化剂在污水处理技术领域中的应用。
本发明的应用有益效果是：相对于普通臭氧催化氧化技术，本降低污水COD的催化剂可以减少30％臭氧的使用量，真正实现了安全可靠、高效稳定、节能降碳。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种降低污水COD的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取9.66g的三水硝酸铜、5.22g的四水硝酸锰和2.3g的二水硝酸钯，放入200ml的烧杯内，加入100ml去离子水，加热至50℃，磁力搅拌15min，得到浸渍液。
其中，去离子水的电导率低于0.056us/cm。其中，配制好的浸渍液中Gu2+浓度为0.4mol/L，Mu2+浓度为0.2mol/L，Pd2+浓度为0.1mol/L。
S2、量取100ml活性Al2O3球为催化剂载体，称重为69.2g，将活性Al2O3球放入步骤S1得到的浸渍液中，放入水热反应釜中，封闭好，然后放入恒温烘箱箱，加热120℃，将水热反应釜加压至198.665Kpa，反应12h，反应结束后，取出采用过滤网过滤得到滤渣，放入烘箱中，加热至120℃，干燥12h，干燥完毕后取出，得到初始催化剂，称重初始催化剂为80.14g，体积为101ml。
其中，水热反应釜的材质为SS304不锈钢，水热反应釜的内胆为聚四氟乙烯。其中，活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g，晶型为γ-Al203。
S3、将步骤S2得到的初始催化剂放入坩埚中，在马弗炉中，加热至700℃煅烧4h，即得到降低污水COD的催化剂，煅烧完毕后，称重为67.11g，体积为100ml。
本实施例还提供一种采用如上述的降低污水COD的催化剂的制备方法制备得到的降低污水COD的催化剂。
本实施例还提供一种如上述的降低污水COD的催化剂在污水处理技术领域中的应用。
实施例2
本实施例提供一种降低污水COD的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取9.66g的三水硝酸铜、5.22g的四水硝酸锰和2.3g的二水硝酸钯，放入200ml的烧杯内，加入100ml去离子水，加热至45℃，磁力搅拌18min，得到浸渍液。
其中，去离子水的电导率低于0.056us/cm。其中，配制好的浸渍液中Cu2+浓度为0.4mol/L，Mu2+浓度为0.2mol/L，Pd2+浓度为0.1mol/L。
S2、量取100ml活性Al2O3球为催化剂载体，称重为69.2g，其中，活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g，将活性Al2O3球放入步骤S1得到的浸渍液中，放入水热反应釜中，封闭好，然后放入恒温烘箱箱，加热110℃，将水热反应釜加压至198.665Kpa，反应14h，反应结束后，取出采用过滤网过滤得到滤渣，放入烘箱中，加热至120℃，干燥12h，干燥完毕后取出，得到初始催化剂，称重初始催化剂为80.14g，体积为101ml。
其中，水热反应釜的材质为SS304不锈钢，水热反应釜的内胆为聚四氟乙烯。其中，活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g，晶型为γ-Al203。
S3、将步骤S2得到的初始催化剂放入坩埚中，在马弗炉中，加热至700℃煅烧4h，即得到降低污水COD的催化剂，煅烧完毕后，称重为67.11g，体积为100ml。
本实施例还提供一种采用如上述的降低污水COD的催化剂的制备方法制备得到的降低污水COD的催化剂。
本实施例还提供一种如上述的降低污水COD的催化剂在污水处理技术领域中的应用。
实施例3
本实施例提供一种降低污水COD的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取9.66g的三水硝酸铜、5.22g的四水硝酸锰和2.3g的二水硝酸钯，放入200ml的烧杯内，加入100ml去离子水，加热至55℃，磁力搅拌12min，得到浸渍液。
其中，去离子水的电导率低于0.056us/cm。其中，配制好的浸渍液中Cu2+浓度为0.4mol/L，Mu2+浓度为0.2mol/L，pd2+浓度为0.1mol/L。
S2、量取100ml活性Al2O3球为催化剂载体，称重为69.2g，其中，活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g，将活性Al2O3球放入步骤S1得到的浸渍液中，放入水热反应釜中，封闭好，然后放入恒温烘箱箱，加热130℃，将水热反应釜加压至198.665Kpa，反应10h，反应结束后，取出采用过滤网过滤得到滤渣，放入烘箱中，加热至120℃，干燥12h，干燥完毕后取出，得到初始催化剂，称重初始催化剂为80.14g，体积为101ml。
其中，水热反应釜的材质为SS304不锈钢，水热反应釜的内胆为聚四氟乙烯。其中，活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g，晶型为γ-Al203。
S3、将步骤S2得到的初始催化剂放入坩埚中，在马弗炉中，加热至700℃煅烧4h，即得到降低污水COD的催化剂，煅烧完毕后，称重为67.11g，体积为100ml。
本实施例还提供一种采用如上述的降低污水COD的催化剂的制备方法制备得到的降低污水COD的催化剂。
本实施例还提供一种如上述的降低污水COD的催化剂在污水处理技术领域中的应用。
将实施例1-3制备的降低污水COD的催化剂，检测其性能。具体如下操作，取反应柱，放入1L实施例1-3制备降低污水COD的催化剂，得到处理反应柱，检测废水的COD浓度，其为191mg/L，将废水以1L/h的流量自处理反应柱底部注入，同时按0.2L/min的速率投入浓度为10mg/L的臭氧，反应后，检测出水COD的平均浓度，具体结果如下表。
表为废水COD的检测结果
| 类别 | 废水初始COD浓度 | 废水处理后COD浓度 | 去除率 |
| 实施例1 | 191mg/L | 31.7 | 83.4％ |
| 实施例2 | 191mg/L | 28.7mg/L | 84.97％ |
| 实施例3 | 191mg/L | 28.3 | 85.2％ |
从上表可以看出，本降低污水COD的催化剂能够有效降低废水中的COD浓度。
本降低污水COD的催化剂以活性氧化铝球为载体，负载多组分金属氧化物制备的催化剂，具有难降解有机物选择性吸附能力强，活性位点多等特点，配合臭氧可产生大量的羟基自由基，真正的实现了氧化降解污水中的有机物，降低污水的COD浓度。
利用水热反应釜创造的高温高压条件，对氧化铝球进行充分浸渍硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯溶液，利用硝酸盐高温分解的物理特性，使负载于氧化铝球上的硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯，分解为氧化铜、氧化锰和氧化钯，这些金属氧化物为催化剂提供了吸附能力及活性位点。
相对于普通臭氧催化氧化技术，本降低污水COD的催化剂可以减少30％臭氧的使用量，真正实现了安全可靠、高效稳定、节能降碳。
需要注意的是，本发明中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取硝酸铜、硝酸锰和硝酸钯，放入烧杯内，加入100ml去离子水，加热搅拌，得到浸渍液；
S2、取催化剂载体，放入步骤S1得到的浸渍液中，加热加压反应，干燥，得到初始催化剂；
S3、将步骤S2得到的初始催化剂煅烧，即得到降低污水COD的催化剂。
2.根据权利要求1所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述硝酸铜、所述硝酸锰和所述硝酸钯的比例为(4-4.5)∶(2-2.3)∶1。
3.根据权利要求1所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述加热搅拌的温度为45-55℃，时间为12-18min。
4.根据权利要求1所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述催化剂载体为活性Al2O3球。
5.根据权利要求4所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，所述活性Al2O3球的直径为3-5mm，比表面积大于300m2/g。
6.根据权利要求1所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述加热加压反应的加热温度为110-130℃，压力为198.665Kpa，时间为10-14h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述干燥的温度为120℃，时间为12h。
8.根据权利要求1-6任一项所述的降低污水COD的催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述煅烧的温度为700℃，时间为4h。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的降低污水COD的催化剂的制备方法制备得到的降低污水COD的催化剂。
10.一种如权利要求9所述的降低污水COD的催化剂在污水处理技术领域中的应用。
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