CN1303257C - 一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法。本发明的三维电极的粒子电极催化剂填料，由活性炭、粘结剂和引发剂组成，按重量百分比计算，其中活性炭50-54%，粘结剂14-19%，引发剂由13-16%铁的氧化物，12-15%铜的氧化物，4-7%锰的氧化物，1-1.5%锌的氧化物，0.5-1%锆的氧化物，0.5-1%铈的氧化物组成。

Description

一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种组合物，具体的说涉及一种催化剂填料。

背景技术

专利号为ZL02114740.X的三维电极催化氧化法处理有机废水技术，是从三维电极的原理出发，在两个主电极之间的粒子电极含过渡金属氧化物作引发剂。当待处理废水通过时，在一定的操作条件下(即一定的直流电压、空气流速等)，装置内便会产生一定浓度初生态H₂O₂，并迅速分解为具强氧化性的羟基自由基(·OH)和新生态的混凝剂，废水中的有机物便会发生诸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用而迅速被去除。由于羟基自由基具有极强的氧化性，有机污染物往往会被直接氧化为CO₂和H₂O，所以该技术用于有机废水的处理时，具有广谱性，高效，快速，污泥量极少，不产生二次污染，同时具有除臭灭菌等功能，其应用前景广阔。该技术作为一种水处理创新环保清洁技术，其核心在于其工作电极，即粒子电极，它起到三维电极催化剂的作用。粒子电极的成分配比选取得是否合理，直接影响到催化剂活性中心的效果和数量，继而影响到·OH的生成速率，最终影响到对有机污染物的处理效率。目前，该技术采用的粒子电极催化剂填料，尚存在原料成本太高，机械强度较差，其中各成分之间的协同效应不够强等缺陷。可见，粒子电极催化剂填料还有很大的性质改进的空间。

发明内容

本发明的目的是克服上述粒子电极催化剂填料存在的问题，提供一种廉价的，机械强度较高的三维电极粒子电极催化剂填料。

本发明的另一个目的是提供上述三维电极的粒子电极催化剂填料的制备方法。

本发明的三维电极的粒子电极催化剂填料，由活性炭、粘结剂和引发剂组成，按重量百分比计算，其中活性炭50-54％，粘结剂14-19％，引发剂由13-16％铁的氧化物，12-15％铜的氧化物，4-7％锰的氧化物，1-1.5％锌的氧化物，0.5-1％锆的氧化物，0.5-1％铈的氧化物组成。

上述的粘结剂为木质素磺酸钙。

上述的三维电极的粒子电极催化剂填料的制备方法，具体如下所示：按所需配比将引发剂、活性炭以及粘结剂加水混合均匀，挤压切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧条件下，加热炭化、活化2-3小时。

本发明的三维电极粒子电极催化剂填料，其颗粒大小为4-6mm。

本发明的三维电极的粒子电极催化剂填料，作为一种三维电极反应器填充的粒子电极，可用于高效处理有机废水。利用羟基自由基处理有机废水有三个必需的条件：一是激发能，二是引发剂，三是适当的反应条件。本发明作为一种三维电极反应器填充的粒子电极，以廉价电能作为激发能。通入的空气在脉冲直流电的激发下，在粒子电极上发生两电子还原，产生具有一定氧化性的初生态H₂O₂。这些初生态H₂O₂在粒子电极中的由多种过渡金属氧化物组成的引发剂的催化下，产生氧化性极强的羟基自由基，其产生的历程如下：

1、H₂O₂的产生：吸附在催化剂表面的O₂通过捕获电子，形成过氧自由基离子·O₂ ^-，然后通过在溶液的一系列反应形成H₂O₂：

       (1)

      (2)     或         (4)

   (3)                        (5)

2、·OH的生成：

(6)     或    (7)

粒子电极中各种过渡金属氧化物在·OH产生的过程中的作用各有不同。锌、铜的氧化物：对吸附在催化剂上的O₂进行富集活化，对H₂O₂的产生有促进作用；铁、锰的氧化物：起到类似Fenton试剂的作用，促进H₂O₂分解，生成·OH；铈、锆的氧化物：防止Zn、Cu从催化剂上过量溶出，保持Zn-Cat、Cu-Cat的活性。

从上面的分析可知，本发明的三维电极的粒子电极催化剂填料中，多种过渡金属氧化物的协同作用起到充分利用激发电能和通入空气的作用。并不是所有的O₂都能变成H₂O₂，但有些金属氧化物只能利用H₂O₂生成·OH，有些则能直接利用O₂生成·OH，有些能直接在粒子电极上产生高价态氧化剂，还有些则能防止其他成分的溶出损失。因此，将这些过度金属氧化物按所需配比制备而成的三维电极催化剂填料，充分利用了激发电能和通入的廉价的空气，作为一种三维电极反应器填充的粒子电极，能现场产生更多的强氧化剂·OH，能更有效的氧化分解有机污染物为CO₂和水等无机物。

本发明的有益效果：本发明的三维电极粒子电极催化剂填料，作为一种三维电极反应器填充的粒子电极，它既可以用于高浓度和生物难降解的有机废水的前处理，使之分解为分子量较小的易于微生物降解的有机物，从而大大提高废水的可生化性；也可用于废水生化工艺的后处理，以确保废水的达标排放。采用本发明的催化剂填料填充三维电极反应器的粒子电极，投资少，能耗及维护费用低，COD去除率大于75％，处理每吨废水的电耗仅需0.3～0.5kw；运行费用通常低于1元人民币，同时具有絮凝、除臭、杀菌等功能，社会效益和经济效益显著，应用前景广阔。

附图说明

图1是三维电极反应器的结构示意图；

图2是新旧填料清除COD的效果对比图；

其中，图1中，1为电极阴极，2为电极阳极，3为粒子电极。

具体实施方式

实施例1

按重量百分比计算，以50％活性炭为基体，以13％氧化铁，12％氧化铜，4％氧化锰，1％氧化锌，0.5％氧化锆，0.5％氧化铈为引发剂，以19％木质素磺酸钙为粘结剂加水混合均匀，然后挤压切粒，再自然风干，最后在430℃和缺氧的条件下，加热炭化、活化2个小时，制成粒径为4-6mm的粒子电极。

实施例2

按重量百分比计算，以50.5％活性炭为基体，以13.5％氧化铁，12.5％氧化铜，4％氧化锰，1.2％氧化锌，0.6％氧化锆，0.7％氧化铈为引发剂，以17％木质素磺酸钙为粘结剂加水混合均匀，然后挤压切粒，再自然风干，最后在470℃和缺氧的条件下，加热炭化、活化3个小时，制成粒径为4-6mm的粒子电极。将合成的催化剂填料填充粒子电极，在空气流量60L/h，电压30V，pH4.27和反应时间10-60min的条件下，对COD_Cr为618mg/L的邻苯二甲酸氢钾废水的处理效果。并在相同条件下，与使用传统的三维电极催化剂填料(旧填料)的处理效果进行比较。结果如图2所示，这说明本发明的三维电极催化剂填料比传统的三维电极催化剂填料相比，更能充分利用激发电能和通入的空气，产生更多的强氧化剂·OH，从而能更有效的氧化分解有机污染物。

Claims (3)

1、一种三维电极的粒子电极催化剂填料，由活性炭、粘结剂和引发剂组成，按重量百分比计算，其中活性炭50-54％，粘结剂14-19％，引发剂由13-16％铁的氧化物，12-15％铜的氧化物，4-7％锰的氧化物，1-1.5％锌的氧化物，0.5-1％锆的氧化物，0.5-1％铈的氧化物组成。

2、如权利要求1所述的三维电极的粒子电极催化剂填料，其特征在于所述的粘结剂为木质素磺酸钙。

3、一种如权利要求1或2所述的三维电极的粒子电极催化剂填料的制备方法，具体如下所示：按所需配比将引发剂、活性炭以及粘结剂加水混合均匀，挤压切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧条件下，加热炭化、活化2-3小时。

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