一種炭基複合催化劑及其製備方法和應用與流程
2024-04-07 18:37:05
本發明涉及一種炭基複合催化劑的製備方法及應用，屬於廢水處理技術領域。
背景技術：
造紙、印染、醫化等行業是與我國國民經濟關係密切的重要基礎原材料產業，其生產過程產生的廢水排放量大、組成複雜、汙染濃度高，在日益嚴格的排放標準與汙染減排壓力下，常規生物處理工藝難以實現出水達標。高級氧化技術具有氧化能力強、對汙染物無選擇性、反應徹底、無二次汙染、可連續性操作、佔地面積小等優點，被廣泛應用於難降解工業廢水的處理，高級氧化技術為工業廢水生化處理尾水深度處理提供了一個較好的途徑。
催化臭氧化是近年發展起來的一種新型高級氧化技術，在臭氧化過程中促進臭氧分子分解，以產生強氧化自由基-羥基自由基強化臭氧化性能，降解廢水中的汙染物質。目前，催化臭氧氧化技術因其對汙染物去除性能較好，已廣泛應用於工業廢水深度處理。但商業催化劑在催化臭氧化過程中存在處理效率低、難以回收利用等問題。
技術實現要素：
針對目前商業催化劑的不足，本發明提供一種炭基複合催化劑及其製備方法和應用，該催化劑具有催化活性高、吸附脫附性能優、結構穩定、製備簡便等特點，催化臭氧氧化處理造紙廢水、印染廢水等生化單元尾水後出水水質穩定達到一級A標準，且對工業廢水中特殊汙染物具有優異的去除性能，有效降低出水生態風險。
一種炭基複合催化劑，以顆粒狀椰殼活性炭為載體，負載Fe型或TiO2型催化劑；
所述的載體-顆粒椰殼活性炭粒徑範圍為0.6-0.9mm；
所述的Fe型或TiO2型催化劑質量百分數含量控制在5%，呈固體顆粒狀，粒徑為毫米級；
所述催化劑上Fe型或TiO2型催化劑顆粒均勻分布在活性炭表面。
一種所述的炭基複合催化劑的製備方法，包括以下步驟：
(1) 將椰殼活性炭粉碎篩選粒徑範圍0.6-0.9mm的顆粒活性炭；
(2) 將篩選好的活性炭進行清洗-烘乾-鹼洗-酸洗-清洗-烘乾活化；
(3) 將Fe型或TiO2型催化劑進行研磨，加入去離子水配置成過飽和懸濁液，期間勻速攪拌；
(4) 採用過量浸漬法製備複合炭基催化劑，將步驟(2)活化好的活性炭載體置於步驟(3)配置好的過飽和懸濁液中進行吸附，慢速攪拌，濾去水分、烘乾，最後經高溫焙燒得到炭基複合催化劑。
所述的步驟(2)選用質量百分濃度10% NaOH溶液進行鹼洗，選用質量百分濃度10% HNO3溶液進行酸洗，酸洗前採用去離子水清洗，同時超聲5min。
所述的步驟(4)焙燒溫度為550℃，焙燒時間2小時。
一種所述的炭基複合催化劑的用途，催化臭氧化深度處理工業廢水。
所述的工業廢水為造紙工業廢水。
本發明的優點：
本發明的製備方法簡便，催化劑催化活性高、處理效率好、回收率高且對汙染物去除性能好。尤其是對汙水廠(站)二級生化處理尾水處理效果好，色度、COD去除性能分別達到92%、70%以上，出水COD濃度穩定在50mg/L以內，對於廢水中的酯類、酚類等物質等具有良好的去除性能，同時催化劑回收率穩定在92%以上。
具體實施方式
實施例1
稱取顆粒椰殼活性炭(粒徑範圍為0.6-0.9mm)置於燒杯中去離子水衝洗去除灰分、烘乾，將其浸泡於質量百分濃度10% NaOH溶液中除去油漬，浸泡過程中不斷緩慢攪拌，去離子水多次衝洗，將其置於超聲清洗器中超聲5分鐘，再浸於10% HNO3溶液中2 h，去離子衝洗後，於105℃ 烘乾。稱取過量Fe型催化劑磨碎加入燒杯中（Fe型催化劑可以採用商業來源或者自製，本領域技術人員可以自由選擇），加入去離子水配製成懸濁液，再將活化乾燥的活性炭置於燒杯中，慢速攪拌1h，濾去水分、烘乾，重複操作3次。將最終製備的複合型催化劑於550℃馬弗爐中進行焙燒活化。經篩網濾去雜質後，得到Fe型炭基複合催化劑。
在pH為7.8-8.2、臭氧濃度6mg/L、催化劑5g/L、反應溫度25℃、反應時間60min，催化劑焙燒溫度為550℃條件下，製備的Fe型炭基複合催化劑對造紙廢水生化尾水臭氧氧化處理性能較好，色度、COD去除率分別達92.0%、71.3%，出水COD濃度降至33mg/L，滿足《製漿造紙工業水汙染排放標準》(GB3544-2008)一級A(<50mg/L)要求。
Fe型炭基複合催化劑在處理完廢水後直接過濾回收，進行烘乾後即可用於再次的使用。
實施例2
稱取顆粒椰殼活性炭(粒徑範圍為0.6-0.9mm)置於燒杯中去離子水衝洗去除灰分、烘乾，將其浸泡於質量百分濃度10% NaOH溶液中除去油漬，浸泡過程中不斷緩慢攪拌，去離子水多次衝洗，將其置於超聲清洗器中超聲5分鐘，再浸於10% HNO3溶液中2 h，去離子衝洗後，於105℃ 烘乾。稱取過量TiO2型催化劑磨碎加入燒杯中（TiO2型催化劑可以採用商業來源或者自製，本領域技術人員可以自由選擇），加入去離子水配製成懸濁液，再取活化乾燥的活性炭置於燒杯中，慢速攪拌1h，濾去水分、烘乾，重複操作3次。將最終製備的複合型催化劑於550℃馬弗爐中進行焙燒活化。經篩網濾去雜質後，得到Ti/GC複合催化劑。
在pH為7.8-8.2、複合催化劑5g/L、臭氧濃度6mg/L、反應溫度25℃、反應時間60min，催化劑焙燒溫度為550℃條件下， TiO2型複合催化劑對造紙廢水生化尾水的臭氧氧化處理性能優異，色度、COD去除率分別達93.8%、61.6%，出水COD濃度降至40mg/L，滿足《製漿造紙工業水汙染排放標準》(GB3544-2008)一級A(<50mg/L)要求。
TiO2型炭基複合催化劑在處理完廢水後直接過濾回收，進行烘乾後即可用於再次的使用。