CN1174175A - 用电－多相催化反应处理二硝基苯酚工业废水的方法 - Google Patents

Abstract

一种电－多相催化反应处理二硝基苯酚工业废水的方法是以M－R/SiO₂、Al₂O₃或活性炭为催化剂,其中M为过渡金属元素Fe,Co,Ni,Ti,V,Mn,W或Pd中一种或几种元素的氧化物,R为Zr或稀土元素,金属组的重量含量为0.4～8%,R为0.1～2%,余为载体;在平板或圆筒形电多相催化反应器中,催化剂填充到电极板间,在外加直流电压2～10伏,于常温常压下进行反应。其设备简单,操作方便,催化剂使用寿命长。利用这种方法可有效处理二硝基苯酚工业废废并无二次污染。

Description

用电---多相催化反应处理二硝基苯酚工业废水的方法

本发明涉及一种工业废水处理的方法，具体地说是提供一种采用电---多相催化反应来处理工业染料厂排放的含二硝基苯酚废水的方法。

随着人类社会的发展，愈来愈多的高新产品满足着人们日益增长的物质需要。另一方面也同时产生大量的有害物质，污染环境，危害人类自下而上的空间，这已为越来越多的人所认识到，因此，保护环境，保护地球，消除污染是面临迫切需要解决的问题。工业废水，量大面广，污染水源，破坏生态环境。生物降解大概是最常用的处理废水的过程。但是有些工业废水难以用生物降解的方法进行治理，如二硝基苯酚的治理，由于其着色力极强，废水中成分复杂(如还含有Na₂SO₄及NaCl等成分)，pH值为1～2，酸性和腐蚀性强，毒性大，毒物含量高，就不能用生化法进行处理。多相催化作用是将物质进行转化的强有力手段，但一般要的反应条件较高，目前尚未见到利用多相催化方法进行有效地治理含二硝基苯酚这种工业废水的报导。本发明者们在早期曾提供过一种电--多相催化反应过程(CN1078171A)，该技术是把化学催化与电催化过程结合到一起，利用催化剂活性组分和电激活的共同作用，使反应分子活化，可在较温和反应条件下进行单用催化剂不能发生的反应。利用这种方法可以处理啤酒厂的废水，并收到满意的效果。

本发明的目的是提供一种用电---多相催化反应处理二硝基苯酚工业废水的方法。利用这种方法可将极难治理的含二硝基苯酚的染料厂排放废水得以处理，并无二次污染，使该废水达到排放标准。

在用电---多相催化反应处理含有机物二业废水过程中，有机物降解实际上是有机物被催化氧化而分解。其反应过程是，一方面于外加电场的激活下，可在水溶液中引发产生以·OH为主的自由基，由于生成的·OH自由基具有很强的氧化性和对有机物反应的无选择性，使得生物难降解的有机物在常温常压下的催化氧化降能成为可能。另一方面，被处理的有机污染物可在催化剂表面被选择地进行催化氧化。因此，选择适当含活性组分的催化剂和电场条件就可高效率地实现含有机物工业废水的处理。本发明正是在本发明者前期工作的基础上，选择适当的催化剂和反应条件使含二硝基苯酚的工业废水得以处理。具体地说本发明电--多相催化法处理二硝基苯酚工业废水的方法，是在下述条件下于常温常压下进行的。

1.以M/SiO₂，Al₂O₃或活性炭为催化剂，其中M为过渡金属元素Fe、Co、Ni、Ti、V、Mn、W或Pd中一种或几种元素的氧化物，SiO₂，Al₂O₃或活性炭为载体，金属组分的含量(重量)为0.4～8.0％，余为载体。

催化剂的制备方法可采用浸渍法，用含有金属离子的可溶性氯化物或硝酸盐水溶液，浸渍载体后，于25～60℃下放置1～30小时，在于80～110℃烘干，再于300～450℃下进行焙烧1～10小时，即可得到成品催化剂。在以活性碳为载体时，焙烧是在氮气保护下进行。

2.在平板式或园筒型电多相催化反应器中，催化剂填充到两极板间或电极间，加在两极间直流电压为2～10V，电流以不小于20mA为宜。由于采用电多相催化法处理废水中，随废水的成份不同，工作电流变化的范围将较大，当电流强度低于20mA时，电场激活作用减弱，将影响废水处理速度，但过高的电流强度并不能有效地提高激活作用，又将消耗较大的电能。

在上述反应中，为提高催化剂的活性，可于催化剂中添加稀土元素或Zr作为助剂。催化剂的活性组分为M-R，其中R为Zr、稀土或混合稀土元素。催化剂的组成为M：0.4～8％，R：0.1～2％，余为载体。较好的催化剂组成为M：2～4％，R：0.5～1％，余为载体。

下面通过实例对本发明的技术给予进一步地说明。

实施例1 M/SiO₂催化剂的制备

取Fe(NO₃)₃和Ti(NO₃)₃水溶液混合配制成浸渍液，溶液浓度和使用量按载体量和制备催化剂中金属含量按常规技术进行。将40～60目SiO₂粉到入浸渍液中搅拌放置12小时，于110℃干烘干2小时，再于350℃下焙烧5小时，自然冷却到室温制成催化剂。催化剂中金属组分的重量为：Fe：2％，Ti：0.5％；其余为SiO₂。按同样方法可制得不同金属组分的M/SiO₂催化剂，其催化剂的成分表示法相同。

实例2 M-R/SiO₂催化剂的制备

取Mn(NO₃)₄，Ti(NO₃)₃和LaCl₃水溶液混合配制成浸渍液，按实例1的方法制成含助剂R的催化剂，催化剂中金属组分重量含量为：Mn：4％，Ti：1％，La：0.5％。按相同方法可制不同金属组分的M-R/SiO₂催化剂，其催化剂的成分表示法相同。制备中载体可为SiO₂，Al₂O₃或活性炭。当以活性炭为载体时，焙烧在氮气氛下进行。

实例3 电---多相催化法处理含二硝基苯酚水溶液

在内径60毫米的园柱状玻璃反应器中，在反应器两端平等放置两块带网眼的同内径不锈钢电极，电极间装140克按实例1制备的Fe-Ti/SiO₂催化剂，加入400毫升配备的二硝基苯酚为900ml/l水溶液，在不同外加电压下，分别处理2小时，其反应结果用上海第三分析仪器厂产的723型可见表光度计测量吸光度(比色池1cm，波长420nm)进行分析，测量结果列于表1。反应温度30℃，常压，反应时间2小时后结果。

表1电压，电流对电---多相催化反应的影响

电压电流色度

000.400

1100.380

2200.272

4500.261

6950.236

81050.235

101500.211

121900.209

142050.209

162200.205

203000.201

305100.201

实例4 电---多相催化法处理含二硝基苯酚水溶液

按实例3的反应器，试验条件和测量方法，选用实例1或2所制催化剂代替实例3催化剂，其测量结果列于表2。

表2 M-R催化剂的性能(只表示金属含量％，余为载体)

催化剂组  成色  度

4％Fe1.0％La载体SiO20.250

3％Co0.5％Ni0.1％V载体SiO20.249

1％Mn1.0％Ti0.5％La+Ce载体Al2O30.210

4％Mn1.0％Ti0.5％La+Ce载体活性炭0.209

6％Mn1.0％Ti0.5％La+Ce载体SiO20.220

10％Mn1.0％Ti0.5％La+Ce载体SiO20.305

实例5 电---多相催化法处理含二硝基苯酚工业废水

在20l的塑料容器内装有330mm×165mm两块电极电极间装约10l实例1的催化剂(4％Mn，1％Ti，0.5％La+Ce)，施加电压6伏，电流500～800毫安，15l工业废水(大连染料厂提供，其中二硝基苯酚含量约为900mg/l，Ma₂SO₄约10g/l及NaCl等杂质)在常温，常压下流经上述净化装置，按实例3方法量吸光度，其结果列于表3。

表3 电---多相催化法处理工业废水

处理时间(小时)12345

色度(1cm比色池，420nm波长)0.7740.1870.1270.1040.104

二硝基苯酚浓度(PPm)30.349.724.874.003.04

实例6 催化剂的寿命

利用实例3的反应器及测量方法，连续处理实例5所述工业废水，处理条件为以废水空速1.4ml·g^-1·h^-1，电压6伏，电流650毫安，常压，常温下反应200天后，再利用该装置加入400ml废水测量处理结果列于表4。

表4 催化剂的寿命试验

处理时间(小时)123

色度(1cm比色池，420nm波长)0.2280.1430.116

由上述实例本发明的电--多相催化反应处理含二硝基苯酚工业废水的方法，具有如下主要优点：

(1)与普通的多相催化过程需用高温激活催化剂不同，本过程是用电起激活催化剂的作用。

(2)和表面电极反应不同，在电---多相催化过程中，有机废物的转化量不和电量成正比，耗电少。

(3)可在常温常压下操作。

(4)需要降解或氧化的有机废物可以多种，能治理的废水种类较宽。

(5)对废水的酸碱性无特殊要求。

(6)废水在进入反应器前，除过滤掉废水中的固体杂技外，不需要对废水作更多的前期处理。

(7)去除有机废物所需的时间少，效率高。

(8)设备简单，操作方便，投资和运行费用低廉。

(9)无二次污染。

Claims (2)

1.一种采用电---多相催化反应处理二硝基苯酚工业废水的方法，其特征在于是按下述条件进行：

1)以M/SiO₂、Al₂O₃或活性炭为催化剂，其中M为过渡金属元素Fe，Co，Ni，Ti，V，Mn，W或Pd中一种或几种元素的氧化物，金属组分的重量含量为0.4～8％，余为载体；

2)在平板或园筒型电多相催化反应器中，催化剂填充到电极板间，在外加直流电压2～10伏，于常温常压下进行反应。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂中加入助剂Zr，稀土或混合稀土元素，催化剂中金属组分M-R的重量含量为：M：0.4～8％，助剂R：0.1～2％。