高效臭氧催化剂的制备方法及利用所述催化剂深度处理煤气化废水的方法技术

本发明专利技术创造提供了一种高效臭氧催化剂的制备方法和深度处理煤化工废水的方法，以氧化铝球为载体，在Cu(NO3)2溶液中充分浸渍12～36h，通过烘干、焙烧后最终得到CuO/Al2O3催化剂，所述催化剂中Cu元素的质量分数为2％～3.5％。本发明专利技术创造制备的催化剂催化效率高，工艺流程简单，反应能耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术创造属于臭氧催化处理废水领域，尤其是涉及一种高效臭氧催化剂的制备方法及利用所述催化剂深度处理煤气化废水的方法。
技术介绍
煤化工废水水质复杂，污染物浓度极高，且含有大量有毒有害成分，传统生化处理处理效率低，稳定性差，处理出水污染物浓度超标，不能达到排放标准或直接进入回用水处理系统，需要对废水进一步进行深度处理。臭氧氧化能够将废水中有机物彻底矿化为CO2和H2O，氧化反应过程中不会产生高毒性或“三致”效应的中间产物。但是单独使用臭氧氧化，其反应效率及臭氧利用率都很低，不能有效去除多环芳烃类和含氮杂环化合物等难降解有机物。研究证明，在某些金属元素催化作用下，臭氧能够生成具有更强氧化性能的·OH，可以有效提高反应效率，节省氧化剂耗量。在均相催化氧化反应中，催化剂均匀溶于水中，气-液两相反应速率快，臭氧转化率高，但是会导致催化剂严重流失，产生二次污染，增加后续处理费用。因此，工程上多采用非均相催化反应技术，将催化剂附着在载体表面及孔隙中，能够长期运行和反复使用，失活催化剂易于回收再生利用，但催化效率低于均相催化。根据现有运行工程案例和实验结果分析，影响臭氧非均相催化氧化反应效果的因素主要包括催化剂活性和反应条件。因此开发一种高效催化剂，结合一种新型催化氧化工艺，以经济有效地去除废水中的难降解有机污染物具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种高效臭氧催化剂的制备方法及利用所述催化剂深度处理煤气化废水的方法，以克服现有技术的不足，制备的催化剂催化效率高，工艺流程简单，反应能耗低。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：高效臭氧催化剂的制备方法，以氧化铝球为载体，在的Cu(NO3)2溶液中充分浸渍12～36h，通过烘干、焙烧后最终得到CuO/Al2O3催化剂。进一步的，所述氧化铝球的直径2～4mm，比表面积400～600m2/g；所述Cu(NO3)2溶液中溶质的质量含量为10％～30％。进一步的，所述烘干的温度为90℃～120℃，所述烘干的时间为2～6h；所述烘焙的温度为180℃～600℃，所述烘焙的时间为2～6h。进一步的，所述催化剂中Cu元素的质量分数为2％～3.5％。利用所述催化剂深度处理煤化工废水的方法，包括以下步骤：(1)以固定床形式将所述高效臭氧催化剂放入催化反应塔；(2)沉淀过滤后的煤气化废水从所述催化反应塔的上层进入；(3)臭氧从所述催化反应塔的塔底进入，与所述煤气化废水逆流接触，控制反应时间和反应PH值。进一步的，所述步骤(3)中反应时间为30min-60min；如果反应时间过短，处理效果差，延长反应时间会提高处理效果，但是超过60min后COD催化降解速率明显降低，而且会增加反应器容积和催化剂用量，增加投资运行成本。因此，本专利技术中采取的反应时间能够既节省催化剂用量，又能够保证处理效果。所述臭氧加入量与所述煤气化废水中的COD的质量比为2：1-4：1；O3/COD的质量比过低，则需要延长反应时间否则处理效率下降；O3/COD的质量比过高，臭氧消耗量增加，运行成本增高，本专利技术中选择的臭氧的用量能够保证处理效率的同时节省臭氧的用量。所述反应PH值为6.0-7.0。低pH值有利于提高催化反应速率，但会造成催化成分的流失，影响催化剂使用寿命，本专利技术选择的PH值能够在获得合适的催化反应速率的前提下延长催化剂的使用寿命。进一步的，所述臭氧从所述催化反应塔的塔底进入时，经过曝气装置。进一步的，所述催化反应塔的塔顶设有尾气管线，所述尾气管线与臭氧破坏装置连通。进一步的，处理后的废水通过所述催化反应塔的溢流口重力自流到产水箱。进一步的，所述催化反应塔中的催化剂填充比为50％-60％。进一步的，本专利技术所述催化剂的再生方法：将失活催化剂于90℃～120℃温度下干燥2～6h；180℃～600℃的梯度温度下焙烧2～6h，室温冷却，再生后的催化剂中Cu元素的质量分数为1.8％～3.1％。深度处理煤化工废水的方法，其具体步骤为：沉淀过滤后的煤气化废水经进料泵，所述送料泵可以是电磁隔膜泵或其他可选择的泵，经送料泵送至臭氧催化反应塔，进水方式分为固定床上层进水；臭氧发生器出口接至催化反应塔塔底的气体释放器，所述气体释放器可以为本领域常用的曝气装置，也可以为其他能够使得气体均匀分布于水体中的现有装置，臭氧和废水逆流接触，臭氧管线上设置玻璃转子流量计；O3经过曝气装置均匀分布于废水中，向上穿过固定床时与催化剂反应生成·OH，氧化废水中的有机物；剩余的O3经塔顶的尾气管线收集后进入臭氧破坏装置，所述臭氧破坏装置包括但不限于活性炭破坏罐；出水通过溢流口，经过U型溢流管后，重力自流到集水槽；所述催化反应塔侧壁根据需要在不同高度设置取样口。本专利技术的有益效果如下：(1)反应时间短，催化效率高。(2)臭氧消耗量小，运行成本低。(3)催化剂填充比合理，催化剂成本低。(4)工艺条件合理，提高催化反应效率的同时降低反应能耗。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造实施例工艺流程示意图。具体实施方式除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本专利技术，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。在说明书和权利要求书中使用的，单数型“一个”和“这个”包括复数参考，除非上下文另有清楚的表述。例如，术语“(一个)细胞”包括复数的细胞，包括其混合物。所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。下面结合实施例来详细说明本专利技术创造。高效臭氧催化剂的制备：以直径2～4mm、比表面积400～600m2/g的氧化铝球为载体，在溶质的质量含量为10％～30％的Cu(NO3)2溶液中充分浸渍12～36h，通过烘干、焙烧后最终得到CuO/Al2O3催化剂。所述烘干的温度为90℃～120℃，所述烘干的时间为2～6h；所述焙烧温度为180℃焙烧2h，600℃焙烧4h。最终得到所述催化剂中Cu元素的质量分数为1.8％～3.5％。下列实施例中的催化剂均使用上述方法制备，根据不同的制备参数得到的催化剂中Cu元素含量不同。实施例1：以某煤气化厂的碎煤加压废水的生化处理出水作为反应器进水，经过对比试验筛选反应条件，选取适合于本催化剂的条件：反应时间为30min，O3/COD为2/1，催化剂填充比60％，pH值为6.0，塔顶进水，催化剂Cu元素含量3.2％。在该反应条件下进行24小时连续运行实验，每小时取一次样，取24小时实验结果平均值，进水COD170～192mg/L，出水COD55～64mg/L，去除率68.4％。实施例2：以某煤制油厂的废水的生化处理出水作为反应器进水，设置反应条件：反应时间为45min，O3/COD为3/1，催化剂填充比60％，pH值为6.5，塔顶进水，催化剂Cu元素含量2.9％。在该反应条件下进行24小时连续运行实验，每小时取一次样，取24小时实验结果平均值，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
高效臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：以氧化铝球为载体，在Cu(NO3)2溶液中充分浸渍12～36h，通过烘干、焙烧后最终得到CuO/Al2O3催化剂。

【技术特征摘要】
1.高效臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：以氧化铝球为载体，在Cu(NO3)2溶液中充分浸渍12～36h，通过烘干、焙烧后最终得到CuO/Al2O3催化剂。2.根据权利要求1所述的高效臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述氧化铝球的直径2～4mm，比表面积400～600m2/g；所述Cu(NO3)2溶液中溶质的质量含量为10％～30％。3.根据权利要求1所述的高效臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为90℃～120℃，所述烘干的时间为2～6h；所述焙烧温度为180℃焙烧2h，600℃焙烧4h。4.根据权利要求1所述的高效臭氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂中Cu元素的质量分数为2％～3.5％。5.利用权利要求1-4中任一项所述的催化剂深度处理煤化工废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)以固定床形式将所述高效臭氧催化剂放入催化反应塔；(2)沉淀过滤后的煤气化废水从所述催化反应塔的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子兴，耿玉侠，宋海龙，谭中侠，花绍龙，马国栋，田涛，邢艳梅，陈晨，刘文，杨琦武，
申请(专利权)人：中国天辰工程有限公司，天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12