CN114425319B - 湿式氧化催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种湿式氧化催化剂,其包括85.0‑92.0的元素A的氧化物,8.0‑15.0份的稀土元素B,其中所述催化剂的比表面积为12‑30m2/g。本发明还提供了一种湿式氧化催化剂的制备方法,其包括将氧化物前驱体与丙酸酸酯混合后进行焙烧,得到所述催化剂,其中所述氧化物包括元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物。采用本发明提供的湿式氧化催化剂用于处理有机废水时具有抗结垢能力,催化剂有性能好,寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及有机废水处理技术领域,尤其涉及一种湿式氧化催化剂及其制备方法。
背景技术
催化湿式氧化技术是现代高效处理高浓度有机废水的一种先进方法,其反应机理是羟基自由基引起的一系列链式反应从而达到降解废水COD的目的。几乎所有工业有机废水都是硬水,含有一定浓度的钙镁离子,而湿式氧化反应需要在高温高压条件下进行,这使得钙镁离子易析出形成结垢物。结垢对催化剂的活性与寿命都有不同程度的影响。因此研发抗结垢催化剂势在必行。
根据催化剂的属性,催化湿式氧化技术被分为均相和多相催化湿式氧化。早期研究主要集中在均相催化剂上,但由于催化剂溶于废中会造成二次污染,需要后续处理,使得此法逐步淘汰。近年来多相催化剂成为研究热点,多相催化剂主要有贵金属和金属氧化物两大类,这两大类催化剂大多以TiO2、Al2O3、SiO2、ZrO2或它们的复合氧化物为载体,将Cu、Co、Mn、Fe、Ni等过度元素或将Ru、Pt、Pd、Rh等贵金属元素负载在上述载体上。但现有技术中此两类体系催化剂在处理用蒸馏水溶解的模拟有机废水时,效果尚可,但处理真实高硬度的工业有机废水时,会出现催化剂活性表面被结垢物覆盖,导致催化活性快速变差的现象,为了使催化湿式氧化技术具有抗结垢能力,有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术中处理含高硬度工业有机废水的催化剂活性差,寿命短的问题,提供了一种新的抗结垢湿式氧化催化剂及其制备方法,利用所述催化剂处理高硬度工业有机废水时,具有催化剂活性好,寿命长的优点。
在第一方面,本发明提供了一种湿式氧化催化剂,所述催化剂以重量份计包括70-90的元素A的氧化物,10-30份的稀土元素B的氧化物,其中所述催化剂的比表面积为12-30m2/g,例如13m2/g、14m2/g、15m2/g、16m2/g、17m2/g、18m2/g、19m2/g、20m2/g、21m2/g、22m2/g、23m2/g、24m2/g、25m2/g、26m2/g、27m2/g、29m2/g以及它们之间的任意值,所述元素A选自IVA族和IVB族元素中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式,所述催化剂以重量份计包括85-92份的元素A的氧化物,8-15份的稀土元素B的氧化物,其中所述催化剂的比表面积为12-30m2/g。
根据本发明的一些实施方式,所述催化剂以重量份计包括88-91份的元素A的氧化物,9-12份的稀土元素B的氧化物,其中所述催化剂的比表面积为12-30m2/g
根据本发明的一些实施方式,所述催化剂的比表面积为15-28m2/g。
本发明的发明人发现,催化湿式氧化反应降解废水COD的能力大小取决于催化剂在水热环境中释放羟基自由基的数量,催化活性与催化剂BET没有太多关联,但过大的催化剂BET会增加催化剂结垢概率,影响催化剂寿命,因此要严格控制催化剂BET在上述范围内。
根据本发明的一些实施方式,所述元素A选自Ti、Zr和Si中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式,所述稀土元素B选自Ce、La、Y和Nd中的一种或多种。
在第二方面,本发明提供了一种湿式氧化催化剂的制备方法,所述方法包括将氧化物前驱体与丙烯酸酯混合后进行焙烧,得到所述催化剂,其中所述氧化物包括元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物,所述元素A选自IVA族和IVB族元素中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式,所述方法包括以下步骤:
S1,将包含元素A和稀土元素B的溶液与沉淀剂混合进行共沉淀反应,得到第一氧化物前驱体悬浊液;
S2,将所述第一氧化物前驱体悬浊液进行分离,得到第二氧化物前驱体悬浊液和分离清液;
S3,将所述第二氧化物前驱体悬浊液与丙烯酸酯混合,得到第一混合溶胶;
S4,将所述第一混合溶胶与分离清液混合后,焙烧得到所述催化剂。
根据本发明的一些实施方式,所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯中的一种。
根据本发明的一些实施方式,所述丙烯酸酯的加量为元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物质量之和的0.5-2wt%,例如0.6wt%、0.8wt%、0.9wt%、1.0wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式,所述丙烯酸酯的加量为元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物质量之和的0.7-1.3wt%。
根据本发明的一些实施方式,所述包含元素A和稀土元素B的溶液由元素A与稀土元素B的盐溶解在水中形成。
根据本发明的一些实施方式,元素A与稀土元素B的盐没有明确限定,例如元素A与稀土元素B的盐可以为元素A与稀土元素B的硝酸盐、硫酸盐等。
根据本发明的一些实施方式,所述元素A选自Ti、Zr和Si中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式,所述稀土元素B选自Ce、La、Y和Nd中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式,所述稀土元素B选自Ce和/或La。
根据本发明的一些实施方式,所述沉淀剂选自尿素。
根据本发明的一些实施方式,以氧化物计,所述元素A和稀土元素B的质量比为(70-90):(10-30),例如70:10、70:15、70:20、70:25、70:30、80:10、80:15、80:20、80:25、80:30、90:10、90:15、90:20、90:25、90:30以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式,以氧化物计,所述元素A和稀土元素B的质量比为(88.0-91.0):(9.0-12.0)。
根据本发明的一些实施方式,以氧化物计,所述元素A和稀土元素B的质量比为(85.0-92.0):(8.0-15.0)。
根据本发明的一些实施方式,当所述稀土元素B为Ce和La时,以氧化物计,所述Ce和La的质量比为0.1-10:1,例如0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式,S2中,所述分离包括离心分离。
根据本发明的一些实施方式,所述共沉淀反应的温度为70-90℃,优选为75-85℃。
根据本发明的一些实施方式,所述共沉淀反应的pH为7.5-10.5,优选为8.0-10。
根据本发明的一些实施方式,所述焙烧的温度为400-600℃,优选为450-550℃。
根据本发明的一些实施方式,所述焙烧时间为3.0-5.0h,优选为3.5-4.5h。
根据本发明的一些实施方式,S4中,将所述第一混合溶胶与分离清液混合后,先静置第一时间,再进行后处理后,焙烧得到所述催化剂。
根据本发明的一些实施方式,所述第一时间为10-20h,例如14h或16h。
根据本发明的一些实施方式,所述后处理包括洗涤和/或干燥。
在本发明的一些优选实施方式中,所述催化剂的制备方法包括如下步骤:
(1)将元素A与稀土元素B的盐溶解形成混合溶液;
(2)将混合溶液倒入含有沉淀剂溶液中共沉淀,磁力搅拌并于水浴中加热2-10h例如6h,将悬浊液离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液;
(3)将前驱体悬浊液与丙烯酸酯在高速磁力搅拌10-60min例如20min条件下进行混合,成为混合溶胶;
(4)将混合溶胶用滴管滴加到S2步骤中的离心清液中,形成凝胶球;
(5)静置10-30h例如16h,清洗,烘干,例如80-100℃烘干1-24h例如6h,焙烧,最终形成催化剂成品。
本发明中通过在催化剂的制备过程中加入丙烯酸酯等类树脂溶胶。可以使得催化剂比表面积发生变化,从而使得催化剂表面结垢情况发生变化,改善催化剂的表面结垢现象,从而提高催化剂的使用寿命。
在第三方面,本发明提供了一种有机废水处理方法,包括在第一方面所述的催化剂或第二方面所述的方法制备得到的催化剂存在下,使有机废水与含氧气的氧化剂接触。
本发明对有机废水的来源没有明确限定,例如其可以是糖精废水或甲醛废水等。
根据本发明的一些实施方式,所述有机废水选自糖精废水或甲醛废水。
根据本发明的一些实施方式,所述有机废水的COD的含量10000-30000mg/L,优选为15000-25000mg/L。
根据本发明的一些实施方式,所述有机废水的质量空速为0.5-1.5h-1,优选为0.8-1.0h-1。
根据本发明的一些实施方式,所述氧化剂中氧气与所述有机废水的体积比为50-400,优选为100-300。
根据本发明的一些实施方式,所述接触的温度为200-280℃,优选为200-250℃。
根据本发明的一些实施方式,所述接触的压力为4.0-8.0MPa,优选为5.0-6.5MPa。
采用本发明的技术方案,结果表明,在反应温度为220℃,反应压力为5.0MPa,氧气与甲醛废水的体积比为200的条件下,反应1200h后,COD去除率达到98%以上,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3制备的催化剂的SEM图。
图2为根据本发明对比例3制备的催化剂的SEM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。
本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
本发明催化剂的评价方法如下:取催化剂100g,装入湿式氧化反应器(反应器为固定床反应器,内径为22mm,反应器长度为700mm),采用糖精废水(COD为:25000mg/l,)与甲醛废水(COD为:20000mg/l)为原料,与氧气混合后,通过装有催化剂的湿式氧化反应器。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水(糖精废水与甲醛废水)的体积比为200,工业废水的质量空速1.0h-1。
催化剂的比表面积在Micromeritics Tri Star 3000型多通道物理吸附仪上分析测定,操作温度-196℃,比表面积数据根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)模型计算得到。
反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。时间作为稳定性指标,时间越长,表示催化剂越稳定。
实施例1
1、催化剂制备
将含有Ti与Ce(按TiO2和重量份比90:10)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2和CeO2重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例2
1、催化剂制备
将含有Ti与La(按TiO2和La2O3重量份比90:10)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例3
1、催化剂制备
将含有Ti、Ce与La(按TiO2、CeO2和La2O3重量份比90:5:5)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂的SEM图见图1、催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例4
1、催化剂制备
将含有Ti、Ce与La(按TiO2、CeO2和La2O3重量份比90:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例5
1、催化剂制备
将含有Ti、Ce与La(按TiO2、CeO2和La2O3重量份比90:3:7)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例6
1、催化剂制备
将含有Zr与Ce(按ZrO2和CeO2重量份比90:10)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为ZrO2和CeO2重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例7
1、催化剂制备
将含有Zr与La(按ZrO2和La2O3重量份比90:10)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为ZrO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例8
1、催化剂制备
将含有Zr、Ce与La(按ZrO2、CeO2和La2O3重量份比90:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例9
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:10:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例10
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比70:20:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例11
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:10:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与丙烯酸乙酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中丙烯酸乙酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例12
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:10:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与丙烯酸丁酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中丙烯酸丁酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例13
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:10:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
实施例14
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:10:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液,将此前驱体悬浊液与甲基丙烯酸甲酯在高速磁力搅拌条件下混合20min,成为混合溶胶,其中甲基丙烯酸甲酯的加入量为TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份之和的1wt%。将混合溶胶用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
比较例1
1、催化剂制备
将含有Ti、Ce与La(按TiO2、CeO2和La2O3重量份比90:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液。将悬浊液用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
比较例2
1、催化剂制备
将含有Zr、Ce与La(按ZrO2、CeO2和La2O3重量份比90:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液。将悬浊液用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
比较例3
1、催化剂制备
将含有Ti、Zr、Ce与La(按TiO2、ZrO2、CeO2和La2O3重量份比80:20:7:3)的盐溶解配成混合溶液100±5ml,加热至80℃,在搅拌条件下滴加1.0mol/L尿素溶液调节溶液的PH至9.5,在PH=9.5条件下进行共沉淀6h。将悬浊液用90ml蒸馏水分3次离心清洗,得到高浓度金属氧化物前驱体悬浊液。将悬浊液用滴管滴加到离心清液中,形成凝胶球。静置凝胶球16h之后清洗,随后90℃烘干6h。在马弗炉500℃焙烧4h,最终形成催化剂成品。
2、催化剂评价
取催化剂100g,装入湿式氧化固定床反应器进行反应。反应温度为250℃(糖精废水)/220℃(甲醛废水),反应压力为6.5Mpa(糖精废水)/5.0MPa(甲醛废水),氧气与工业废水的体积比为200,工业废水质量空速为1.0h-1。反应产物用Hach公司COD分析仪来测定COD值。
催化剂的SEM图见图2、催化剂组分组成见表1、催化剂BET结果见表2、催化剂评价结果见表3。
表1
(重量份)
表2
表3
/>
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 (15)
1.一种湿式氧化催化剂,以重量份计,包括:
70-90份元素A的氧化物,
10-30份稀土元素B的氧化物,
其中所述催化剂的比表面积为12-30m2/g;
所述元素A选自Ti、Zr和Si中的一种或多种;
所述稀土元素B选自Ce、La、Y和Nd中的一种或多种;
所述催化剂的制备方法包括以下步骤:
S1,将包含元素A和稀土元素B的溶液与沉淀剂混合进行共沉淀反应,得到第一氧化物前驱体悬浊液;
S2,将所述第一氧化物前驱体悬浊液进行分离,得到第二氧化物前驱体悬浊液和分离清液;
S3,将所述第二氧化物前驱体悬浊液与丙烯酸酯混合,得到第一混合溶胶;
S4,将所述第一混合溶胶与分离清液混合后,焙烧得到所述催化剂;
所述丙烯酸酯的加量为元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物质量之和的0.5-2 wt%。
2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述催化剂的比表面积为15-28m2/g。
3.根据权利要求2所述的催化剂,其特征在于,所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的一种;
和/或所述丙烯酸酯的加量为元素A的氧化物和稀土元素B的氧化物质量之和的0.7-1.3 wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的催化剂,其特征在于,所述稀土元素B为Ce和/或La;
和/或所述沉淀剂选自尿素。
5.根据权利要求4所述的催化剂,其特征在于,和当所述稀土元素B为Ce和La时,以氧化物计,所述Ce和La的质量比为0.1-10:1;
和/或S2中,所述分离包括离心分离。
6.根据权利要求5所述的催化剂,其特征在于,所述共沉淀反应的温度为70-90℃,pH为7.5-10.5;
和/或所述焙烧的温度为400-600℃,焙烧时间为3.0-5.0h。
7.根据权利要求6所述的催化剂,其特征在于,所述共沉淀反应的温度为75-85℃,pH为8.0-10;和/或所述焙烧的温度为450-550℃,焙烧时间为3.5-4.5h。
8.一种有机废水处理方法,包括在权利要求1-7任一项所述催化剂存在下,使有机废水与含氧气的氧化剂接触。
9.根据权利要求8所述的处理方法,其特征在于,所述有机废水选自糖精废水或甲醛废水;
和/或所述有机废水的质量空速为0.5-1.5h-1;
和/或所述氧化剂中氧气与所述有机废水的体积比为50-400;
和/或所述接触的温度为200-280℃,所述接触的压力为4.0-8.0MPa。
10.根据权利要求9所述的处理方法,其特征在于,所述有机废水的COD的含量10000-30000mg/L。
11.根据权利要求10所述的处理方法,其特征在于,所述有机废水的COD的含量15000-25000mg/L。
12.根据权利要求11所述的处理方法,其特征在于,所述有机废水的质量空速为0.8-1.0h-1。
13.根据权利要求12所述的处理方法,其特征在于,所述氧化剂中氧气与所述有机废水的体积比为100-300。
14.根据权利要求13所述的处理方法,其特征在于,所述接触的温度为200-250℃。
15.根据权利要求14所述的处理方法,其特征在于,所述接触的压力为5.0-6.5MP。
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