一種處理含苯酚廢水吸附-催化劑及製法和應用的製作方法
2023-04-23 11:57:06 1
專利名稱：一種處理含苯酚廢水吸附-催化劑及製法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種吸附一催化劑及其應用方法，具體地說涉及一種以過 渡金屬為主要活性組分的多組分吸附一催化劑的製備及使用方法。
背景技術：
含苯酚廢水的來源十分廣泛。焦化廠、煉油廠、石油化工、煤氣發 生站、塑料廠、樹脂廠、絕緣材料廠、木材防腐廠、製藥廠和合成纖維 廠等都生產含苯酚廢水。苯酚類在水汙染中的重要性歸因於它對水生生 命的極高毒性和難以生物降解。世界各國都嚴格限制環境中的苯酚含量。 我國規定水體中揮發酚的最高允許濃度分布為飲用水0.002mg/1，農 業用水1.0mg/1，工業廢水排放標準0.5mg/1。由此可見，含苯酚廢水來 源廣、危害大、標準嚴。如何有效地處理與利用含苯酚廢水是環境汙染 領域中 一個帶有普遍意義的問題。
目前，基於活性炭優良吸附性能的吸附技術在有機廢水和廢氣處理領 域有著廣泛的應用。活性炭的吸附容量大，對高、低濃度廢水都有較好 的去除效果。但活性炭的吸附容量一旦達到飽和之後，就需要對其進行 處理以便加以再利用。目前工業中常用的再生技術是熱再生。熱再生過 程中，吸附飽和後的活性炭要在800-85(TC的高溫下處理，能耗大；同
時，高溫操作使得活性炭的吸附容量損失率大，每再生一次活性炭吸附 容量損失5-15%;此外，高溫操作也使活性炭不能進行原位再生，需要 特定的再生裝置，從而增加處理費用並在運輸過程中造成一定量的活性 炭損失；最後，加熱過程中脫附的汙染物還需要後處理，工藝複雜。
發明內容
本發明的目的在於提供一種活性高，工藝簡單的處理含苯酚有機廢 水的以活性炭為載體的吸附一催化劑及製備方法和應用方法。
本發明提供的吸附一催化劑含以過渡金屬Cu為活性組分，以K、 Zn 和Ce中的一種為輔助組分，其特徵在於它以活性炭為載體，其組分的重 量百分比為Cul% — 10%，輔助組分1%—5%，活性炭85%—98%， 且活性炭的表面積為500 — 1500m7g。
本發明提供的幹法催化氧化催化劑製備方法採用等體積共浸漬法， 將硝酸銅與K、 Zn或Ce的硝酸鹽混合溶液等體積共浸漬活性炭載體，在室溫放置2 — 6小時，然後在50—10(TC乾燥6 — 24小時，最後在200 — 50(TC惰性氣氛下煅燒2 — 6小時，得到以活性炭為載體的吸附一催化劑。 本發明提供的幹法催化氧化吸附一催化劑使用方法為於將含苯酚有 機廢水通過以活性炭為載體的吸附一催化劑，吸附結束後，在常溫下幹 燥，通入氧化性氣體，空速為500 — 2000h—'，在反應溫度為200 — 35(TC， 反應l一3h，之後循環應用。 本發明同現有技術相比有以下優點
1. 吸附一催化劑具有良好的吸附性能。能有效的吸附廢水中苯酚等有毒 有害成份。
2. 催化氧化條件溫和，低溫常壓下進行，無需對大量的水體加熱加壓， 能耗低，設備佔地面積小，操作簡單，可原位催化氧化，不產生二次 汙染，特別適於處理濃度不高，但毒性大，不適於生化處理的廢水， 而且處理的廢水可以回用，節省了大量的工業用水。
3. 過渡金屬擔載的活性炭基吸附一催化劑催化氧化所吸附的苯酚起始 溫度低活性高，催化氧化後吸附容量恢復的高，可連續使用，易大規 模成批量生成使用，成本低。
具體實施方式
實施例1 . Cu5Znl/AC催化劑的製備 取4. 5g硝酸鋅加入100ml 0. 78mol/l的硝酸銅溶液配製成浸漬溶液， 將100克40 — 60目比表面積為800 m7g的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪 拌，室溫放置4小時，於U(TC下烘乾6小時，再於30(TC氬氣保護下煅 燒12小時，自然冷卻到室溫製成催化劑A，催化劑A中金屬組分的重量 為Cu 5%， Zn 1%，活性炭為94%，標記為Cu5Znl/AC。 Cu5Znl/AC吸附一催化劑的使用
將含500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCu5Znl/AC吸附一催 化劑的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚 的Cu5Znl/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cu5Znl/AC吸附一催化劑中通 入氧化性氣體(5%氧氣)，空速為lOOOh—'，並將溫度升至30(TC;在300 。C下恆溫催化氧化1.5小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度 降到室溫；
實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，再生後的Cu5Znl/AC吸附一 催化劑可再次吸附50ml苯酚濃度為500mg/l有機廢水中100%的苯酚， 在線質譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物為C2和H20。 實施例2.
Cu4Zn2/AC催化劑的製備取9g硝酸鋅加入100ml 0. 62mol/l的硝酸銅溶液配製成浸漬溶液， 將100克40—60目比表面積為800 mVg的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪 拌，室溫放置4小時，於11(TC下烘乾6小時，再於30(TC氬氣保護下煅 燒12小時，自然冷卻到室溫製成催化劑B，催化劑B中金屬組分的重量 為Cu 4%， Zn 2%,活性炭為94%，標記為Cu4Zn2/AC。 Cu4Zn2/AC吸附一催化劑的使用
含1500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCu4Zn2/AC吸附一催化劑 的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚的 Cu4Zn2/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cu4Zn2/AC吸附一催化劑中通入 氧化性氣體(5%氧氣)，空速為1500h—'，並將溫度升至300°C;在300 "C下恆溫催化氧化2小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度降 到室溫。
實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，再生後的Cu4Znl/AC吸附 一催化劑可再次吸附50ml苯酚濃度為1000mg/l有機廢水中100%的苯酚， 在線質譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物為C02和H20。 實施例3
Cu5Cel/AC催化劑的製備 取3. lg硝酸鈰加入100ml 0. 78mol/l的硝酸銅溶液配製成浸漬溶液， 將100克40 — 60目比表面積為800 m7g的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪 拌，室溫放置6小時，於11(TC下烘乾12小時，再於25(TC氬氣保護下 煅燒24小時，自然冷卻到室溫製成催化劑C，催化劑C中金屬組分的重 量為Cu 5%， Ce 1%，活性炭為94%，標記為Cu5Cel/AC。 Cu5Cel/AC吸附一催化劑的使用
含1500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCu5Cel/iVC吸附一催 化劑的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚 的Cu5Cel/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cu5Cel/AC吸附一催化劑中通 入氧化性氣體(5%氧氣)，空速為1000h—、並將溫度升至25(TC;在250 。C下恆溫催化氧化1.5小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度 降到室溫。
實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，Cu5Cel/AC吸附一催化劑 可再次吸附50ml苯酚濃度為1000mg/l有機廢水中100%的苯酚，在線質 譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物為C02和H刀。 實施例4 CulCe5/AC催化劑的製備 取15. 5g硝酸鈰加入100ml 0. 16mol/l的硝酸銅溶液配製成浸漬溶液，將100克40 — 60目比表面積為800 m7g的活性炭顆粒倒入浸漬液中 攪拌，室溫放置6小時，於11(TC下烘乾12小時，再於250。C氬氣保護 下煅燒24小時，自然冷卻到室溫製成催化劑D，催化劑D中金屬組分的 重量為Cu 1%， Ce 5%，活性炭為94%，標記為CulCe5/AC。 CulCe5/AC吸附一催化劑的使用
含500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCulCe5/AC吸附一催化 劑的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚的 CulCe5/AC吸附一催化劑；給乾燥後的CulCe5/AC吸附一催化劑中通入 氧化性氣體(5%氧氣)，空速為lOOOh—'，並將溫度升至25(TC;在250 "C下恆溫催化氧化1.5小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度 降到室溫。
實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，CulCe5/AC吸附一催化劑 可再次吸附50ml苯酚濃度為500mg/l有機廢水中100%的苯酚，在線質 譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物為C02和H20。 實施例5. Cu8Kl/AC催化劑的製備 取2. 6g硝酸鉀加入100ml 1. 25mol/l的硝酸銅溶液配製成浸漬溶液， 將100克40—60目比表面積為1000 m7g的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪 拌，室溫放置6小時，於11(TC下烘乾24小時，再於氬氣保護下煅燒12 小時，自然冷卻到室溫製成催化劑E，催化劑E中金屬組分的重量為 Cu 8%, K 1%,活性炭為91%，標記為Cu8Kl/AC。 Cu8Kl/AC吸附一催化劑的使用
含500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCu8Kl/AC吸附一催化 劑的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚的 Cu服i/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cu8Kl/AC吸附一催化劑中通入氧 化性氣體(5%氧氣)，空速為2000h—'，並將溫度升至300°C;在300°C 下恆溫催化氧化2小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度降到 室溫。
實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，Cu8Kl/AC吸附一催化劑可 再次完全吸附50ml苯酚濃度為500mg/l有機廢水中100%的苯酚，在線 質譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物為C02和H刀。 對比例1 Cu5/AC催化劑的製備
取0. 78mol/l的硝酸銅溶液100ml,將100克40 — 60目比表面積為 1000 m7g的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪拌，室溫放置4小時，於ll(TC下烘乾6小時，再於25(TC氬氣保護下煅燒12小時，自然冷卻到室溫制 成單組分催化劑，催化劑中金屬組分的重量為Cu5%,活性炭為95 %，標記為Cu5/AC。 Cu5/AC吸附一催化劑的使用
含1500ppm苯酚的有機廢水50ral通過裝有0. 5gCu5/AC吸附一催化劑 的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚的 Cu5/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cu5/AC吸附一催化劑中通入氧化性 氣體(5%氧氣)，空速為lOOOh—'，並將溫度升至250°C;在25(TC下恆 溫催化氧化2小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度降到室溫。 實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，再生後Cu5/AC吸附一催化 劑可再次吸附50ml苯酚濃度為1000mg/l有機廢水中99, 9%的苯酚，在 線質譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物主要為C02和H20， 有苯酚和苯的逸出。 對比例2 Cul/AC催化劑的製備
取0. 16mol/l的硝酸銅溶液100ml，將100克40 — 60目比表面積為 1000 mVg的活性炭顆粒倒入浸漬液中攪拌，室溫放置4小時，於11(TC 下烘千6小時，再於25(TC氬氣保護下煅燒12小時，自然冷卻到室溫制 成單組分催化劑，催化劑中金屬組分的重量為Cul%，活性炭為99 %，標記為Cul/AC。 Cul/AC吸附一催化劑的使用
含1500ppm苯酚的有機廢水50ml通過裝有0. 5gCul/AC吸附一催化劑 的吸附柱，吸附結束後排放被淨化的廢水，在常溫下乾燥吸附苯酚的 Cul/AC吸附一催化劑；給乾燥後的Cul/AC吸附一催化劑中通入氧化性 氣體(5%氧氣)，空速為lOOOh—、並將溫度升至25(TC;在25(TC下恆 溫催化氧化2小時。催化氧化結束後，在氧化性氣氛中將溫度降到室溫。 實驗結果廢水中的苯酚可得100%的去除，再生後Cul/AC吸附一催化 劑可再次吸附50ml苯酚濃度為1000mg/l有機廢水中99. 9%的苯酚，在 線質譜檢測多次循環過程中汙染物催化氧化降解產物主要為苯酚和苯， 有少量的C02和H20逸出。
權利要求
1、一種處理含苯酚廢水吸附—催化劑，其特徵在於以Cu為活性組分，Ce為輔助組分，以活性炭為載體，其重量百分比組成為Cu1％—10％，Ce1％—5％，活性炭85％—98％，且活性炭的表面積為500—1500m2/g。
2、 如權利要求l所述一種處理含苯酚廢水吸附一催化劑製備方法，其特 徵在於將硝酸銅與硝酸鈰混合溶液等體積共浸漬活性炭載體，在室溫放 置2—6小時，然後在50 — 10(TC乾燥6 — 24小時，最後在200 —50(TC惰 性氣氛下煅燒2 — 6小時，得到以活性炭為載體的吸附一催化劑。
3、 如權利要求l所述一種處理含苯酚廢水吸附一催化劑應用方法，其特 徵在於將含苯酚有機廢水通過以活性炭為載體的吸附一催化劑，吸附結 束後，在常溫下乾燥，通入氧化性氣體，空速為500 — 2Q00h—1，在反應 溫度為200 — 35(TC，反應l一3h，之後循環應用。
全文摘要
一種處理含苯酚廢水吸附-催化劑，其特徵在於以Cu為活性組分，K、Zn或Ce為輔助組分，以活性炭為載體，其重量百分比組成為Cu1％-5％，輔助組分1％-5％，活性炭85％-98％，且活性炭的表面積為500-1500m2/g。採用等體積共浸漬法製備。將含苯酚廢水通過以活性炭為載體的吸附-催化劑，吸附結束後，在常溫下乾燥，通入氧化性氣體反應。本發明的吸附-催化劑具有良好的吸附性能，催化氧化條件溫和，能耗低，過程簡單，操作簡單，可原位催化氧化，不產生二次汙染的優點。
文檔編號B01J23/76GK101502804SQ200810190570
公開日2009年8月12日 申請日期2005年12月21日 優先權日2005年12月21日
發明者劉平光, 劉振宇, 楊建麗, 雷智平 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所