專利名稱：一種用于臭氧催化氧化催化劑的制備方法及使用該催化劑的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于臭氧催化氧化印染廢水的負載金屬氧化物活性炭催化劑的 制備方法及使用該催化劑的裝置，應用負載型活性炭作臭氧氧化的催化劑可以提高臭氧對 廢水中難降解有機物質(zhì)的氧化效果。
背景技術：
臭氧是一種強氧化劑，但其氧化性具有選擇性，并不能氧化所有的污染物以達到 徹底消除污染物的目的，所以單純臭氧氧化有機物應用有著很大的局限性。近年來，面對日 益增多的難降解有機物的出現(xiàn)，臭氧與其它水處理技術結合的高級氧化技術應運而生。金 屬氧化物催化臭氧降解有機物是近幾年才發(fā)展起來的新型技術，利用臭氧在催化劑的催化 作用下，分解產(chǎn)生自由基等活性中間體，以增強氧化效果。因此，對于該技術催化劑的研制 是關鍵。目前，臭氧催化氧化處理催化劑的制備普遍采用的是硝酸鹽浸漬法，通過浸漬、焙 燒使載體負載金屬氧化物，該法在制得高效催化劑的同時，也向環(huán)境中排放了大量的氮氧 化物等污染物質(zhì)。與浸漬法相比，本發(fā)明使用價格更低的氯化鐵等鹽作活性組分，利用分步 沉淀法解決了硝酸鹽在焙燒過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。與使用尿素的沉淀法相比，沉淀 劑氫氧化鈉相對尿素更便宜經(jīng)濟，且無需進行升溫使尿素釋放出0H—，適合工業(yè)化規(guī)模的應 用；與使用氨水的沉淀法相比，因氨水易于揮發(fā)，有刺激性氣味，不方便操作，需在通風等特 定的條件下進行，而使用氫氧化鈉作沉淀劑不存在有這些問題。此外，上述兩種沉淀法均為 一步沉淀，大部分的活性組分沉積在活性炭的外表面，在進行水處理時容易因活性炭顆粒 間的摩擦而脫落、流失。本發(fā)明為分步沉淀，之所以采用氫氧化鈉作沉淀劑是利用了活性炭 的強吸附性能，先在一定濃度的鹽溶液中使活性炭上負載活性組分，再利用活性炭微孔的 毛細作用和孔道內(nèi)外的濃度差，使金屬鹽在孔道內(nèi)完全沉淀成氫氧化物，避免了活性組分 只在活性炭外表面的沉積，延長了催化劑的使用壽命，同時擴大了廢水與金屬氧化物的接 觸面積，提高了催化效率。臭氧催化氧化水處理時，涉及到氣液固三相，而傳質(zhì)的快慢和效率是該技術工業(yè) 化應用的關鍵。對于一個反應，如果傳質(zhì)太慢，反應耗時將比較長，工業(yè)應用時的成本將增 加；如果傳質(zhì)效率低，將使得裝置的利用率低，達不到處理的要求。故一個有效地裝置而且 因活性炭摩擦導致活性炭和催化劑脫落的問題，使得裝置的設計尤為重要。本發(fā)明就是基 于這些問題，提供了一種環(huán)保型催化劑制備方法和一種可應用于工業(yè)水處理的高效反應裝 置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決硝酸鹽、氯化物等高溫焙燒時產(chǎn)生的有害物質(zhì)嚴重污染環(huán) 境，不利于大規(guī)模推廣應用而提供的一種環(huán)保型催化劑制備方法和一種可應用于工業(yè)水處理的高效反應裝置。本發(fā)明提供的一種用于臭氧催化氧化催化劑的制備方法如下配制 5wt% 的金屬鹽溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鹽，將活性炭浸泡于該溶液中8 12小時；加入1 2wt%的堿，浸泡8 12小時；于100°C 120°C下干燥5 10小時，用水清洗3 4遍，再 在100°C 120°C下干燥5 10小時；于馬弗爐中在300 600°C下焙燒2 4小時，制得 負載金屬氧化物活性炭催化劑。所述的金屬鹽溶液為氯化鐵或硝酸錳或上述兩種復合的溶液。所述的焦磷酸鹽為 焦磷酸鈉或焦磷酸鉀。所述的堿為氫氧化鈉。溶液中所加的焦磷酸鹽不但是作為一種分散 劑，使活性組分在活性炭上分散均勻、充分，而且鈉或鉀的氧化物能作為活性組分的助劑， 增強催化性能。本發(fā)明還提供一種用于臭氧催化氧化的印染廢水處理裝置，該裝置的臭氧發(fā)生器 連接至少一個反應柱的進氣口、印染廢水池連接混凝池、混凝池連接一級反應柱的進水口， 其特征在于所述的反應柱中部是負載型活性炭填充層，在負載型活性炭填充層的下面安 裝氣水分布板，氣水分布板由一進氣多孔板與一出水環(huán)粘結而成，氣水分布板下面是氣室， 負載型活性炭填充層的上面安裝進水多孔板，進水多孔板上面是砂濾層，砂濾層的上面是 進水口和出氣口，臭氧氣體通過氣水分布板進入負載型活性炭填充層，處理后的水經(jīng)出水 環(huán)流出，兩者互不干擾，在保證進氣壓力的同時不影響出水量；在氣室里，臭氧氣體先向下 射向氣室的底板，形成一緩沖，使得氣體在氣室的各個空間分布均勻，從而氣體均勻地從進 氣多孔板的邊沿和中部向上擴散，而不是只走阻力較小的邊沿。上述負載型活性炭填充層高度為1. 2 1. 5米。上述反應柱為圓柱形容器。本發(fā)明有如下的有益效果本發(fā)明以鐵、錳及它們的復合為活性組分，活性炭為載體，焦磷酸鹽為分散劑和助 劑，制備了高效負載型活性炭，擴大了臭氧氧化技術的應用范圍。在保證氣液固高效傳質(zhì) 的基礎上，解決了活性炭的摩擦脫落問題，使得活性炭及催化劑的性能穩(wěn)定，能長久反復使 用；反應裝置的氣室在不影響出水速度的同時，能使氣體均勻分布于裝置的各個空間，解決 了采用曝氣頭直接將氣體射向反應柱時氣體流向單一、從反應柱邊沿向上流出而不通過中 部的問題。工藝流程簡單，降低了水處理的成本，縮短了處理周期，且臭氧催化氧化徹底，能 較好的除去廢水的色度和難降解的有機物，是一種較理想的傳統(tǒng)水處理方法的替代方法。


圖1本發(fā)明的使用該催化劑裝置的反應柱剖面圖。圖2本發(fā)明的使用該催化劑裝置的布氣板的示意圖。圖中1.臭氧進氣口，2.出水環(huán)，3.氣室，4.負載型活性炭填充層，5.進水多孔 板，6.出氣口，7.進水口，8.進氣多孔板。圖3本發(fā)明印染廢水處理工藝流程的示意圖。圖中9.印染廢水池，10.泵，11.流量計，12.混凝池，13.砂濾層，14.臭氧發(fā)生 器。15. —級反應柱，16. 二級反應柱，17儲水箱，18.排水口進行水處理時，印染廢水自廢水池9經(jīng)泵10打入混凝池12，流量計11控制流量，混凝后再經(jīng)砂濾層13過濾除去雜質(zhì)和大的絮凝物質(zhì)，進入一級反應柱15及二級反應柱16， 進行臭氧催化氧化處理，反應柱里填充有負載型活性炭填充層4，臭氧發(fā)生器14產(chǎn)生的臭 氧進入氣室3，氣體先在氣室里緩沖，均勻分布于氣室的各個空間；并通過進氣多孔板8向 上通過催化劑層，與向下流的進水逆流接觸。經(jīng)過二級處理后的水進入儲水箱17，經(jīng)排水口 18可排放或回用。如進行臭氧催化氧化處理之前的廢水未經(jīng)混凝處理，則將廢水先進行臭氧催化氧 化處理再經(jīng)生化處理即可達到廢水排放要求或者回用。
具體實施例方式實施例1本實施方式的!^e2O3負載型催化劑的制備方法如下以活性炭為載體，按3wt% 負載量配制氯化鐵溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鹽，將活性炭浸漬于該溶液中8小時，加入
的堿繼續(xù)浸泡8小時，在105°C下干燥6小時，然后洗滌并干燥，置于馬弗爐中400°C 的溫度下焙燒2小時，制得固體催化劑。實施例2本實施方式的 ^-Μη負載型催化劑的制備方法如下以活性炭為載體，按3wt%負 載量配制狗Mn摩爾比為1 1的混合溶液，加入0.2wt%。焦磷酸鉀，將活性炭浸漬于該 溶液中8小時，加入的堿繼續(xù)浸泡8小時，在105°C下干燥6小時，然后洗滌并干燥，置 于馬弗爐中400°C的溫度下焙燒2小時，制得固體催化劑。實施例3本實施采用實施例2制得的負載鐵錳復合氧化物的活性炭作催化劑臭氧催化氧 化處理分散染料廢水。經(jīng)400°C焙燒制得的催化劑COD去除率為72. 02%，出水無色無味， 能達到工業(yè)水處理排放標準。實施例4本實施采用實施例1制得的經(jīng)400°C焙燒制得的載鐵活性炭作催化劑，在圖1所示 的反應裝置中，經(jīng)圖3所示的水處理流程進行臭氧催化氧化處理印染廢水。在停留時間為 50min時，COD去除率為79. 62% ；當停留時間為60min時，COD去除率達88. 64%，出水無色 無味，能達到工業(yè)水處理排放標準。實施例5配制2wt%的硝酸錳溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鈉，將活性炭浸泡于該溶液中10 小時；加入的氫氧化鈉，浸泡10小時；于100°C下干燥10小時，用水清洗4遍，再在 120°C下干燥10小時；于馬弗爐中在300°C下焙燒4小時，制得負載金屬氧化物活性炭催化 劑。實施例6配制的氯化鐵溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鉀，將活性炭浸泡于該溶液中12 小時；加入1. 5wt%的氫氧化鈉，浸泡9小時；于120°C下干燥8小時，用水清洗3遍，再在 110°C下干燥9小時；于馬弗爐中在500°C下焙燒3小時，制得負載金屬氧化物活性炭催化 劑。實施例7
配制5wt%的硝酸錳溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鈉，將活性炭浸泡于該溶液中9 小時；加入2wt%的氫氧化鈉，浸泡11小時；于110°C下干燥9小時，用水清洗4遍，再在 115°C下干燥8小時；于馬弗爐中在450°C下焙燒4小時，制得負載金屬氧化物活性炭催化 劑。實施例8配制205wt%的氯化鐵溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鉀，將活性炭浸泡于該溶液中 12小時；加入2wt%的堿，浸泡12小時；于120°C下干燥10小時，用水清洗4遍，再在120°C 下干燥10小時；于馬弗爐中在600°C下焙燒2小時，制得負載金屬氧化物活性炭催化劑。
權利要求
1.一種用于臭氧催化氧化催化劑的制備方法，其特征在于配制 5wt%的金屬鹽 溶液，加入0. 2wt%。的焦磷酸鹽，將活性炭浸泡于該溶液中8 12小時；加入1 2wt%的 堿，浸泡8 12小時；于100°C 120°C下干燥5 10小時，用水清洗3 4遍，再在100°C 120°C下干燥5 10小時；于馬弗爐中在300 600°C下焙燒2 4小時，制得負載金屬氧 化物活性炭催化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的金屬鹽溶液為氯化鐵或硝酸 錳或上述兩種復合的溶液。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的焦磷酸鹽為焦磷酸鈉或焦磷 酸鉀。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的堿為氫氧化鈉。
5.使用權利要求1所述制備方法制備的催化劑的印染廢水處理裝置，該裝置的臭氧發(fā) 生器連接至少一個反應柱的進氣口、印染廢水池連接混凝池、混凝池連接一級反應柱的進 水口，其特征在于所述的反應柱中部是負載型活性炭填充層，在負載型活性炭填充層的下 面安裝氣水分布板，氣水分布板由一進氣多孔板與一出水環(huán)粘結而成，氣水分布板下面是 氣室，負載型活性炭填充層的上面安裝進水多孔板，進水多孔板上面是砂濾層，砂濾層的上 面是進水口和出氣口，臭氧氣體通過氣水分布板進入負載型活性炭填充層，處理后的水經(jīng) 出水環(huán)流出，兩者互不干擾；在氣室里，臭氧氣體的進氣口向下射向氣室的底板。
6.根據(jù)權利要求5所述的印染廢水處理裝置，其特征在于上述負載型活性炭填充層 高度為1.2 1.5米。
7.根據(jù)權利要求5所述的印染廢水處理裝置，其特征在于上述反應柱為圓柱形容器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于臭氧催化氧化催化劑的制備方法及使用該催化劑的裝置，該制備方法包括活性炭對活性組分的吸附、沉淀以及干燥、洗滌、焙燒過程；活性炭對活性組分采用吸附-沉淀法，先使活性炭內(nèi)部的孔道吸附飽和氯化鐵、硝酸錳活性組分及它們復合形成的溶液，再加入適量的堿形成氫氧化物沉淀；該法克服了用氯化物或硝酸鹽浸漬法焙燒過程向環(huán)境放出大量的氮氧化物污染物的缺點；避免了傳統(tǒng)一步沉淀法活性組分只在活性炭表面沉積；使用該催化劑的裝置的氣室在底部使進氣與出水分開進行，沿襲逆流式固定床的優(yōu)點，保證氣-液-固高效傳質(zhì)的基礎上，更提高催化劑的利用率，氣體分散均勻，實現(xiàn)了臭氧催化氧化處理技術的工業(yè)化應用。
文檔編號B01J23/34GK102091619SQ20101056242
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年11月23日
發(fā)明者吳惠明, 徐慎穎, 徐閣, 潘湛昌, 肖楚民, 胡光輝, 陳世榮, 魏志鋼, 黃石峰 申請人:中山市恒雅環(huán)保工程有限公司, 廣東工業(yè)大學