一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂及其制备方法技术

一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂及其制备方法，涉及一种催化剂。所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂以贵金属-非贵金属纳米合金为活性成分，以活性炭为载体，其通式表述为M1M2/C，式中M1代表贵金属Pt、Pd、Ru、Rh等中的一种，M2代表非贵金属Fe、Co、Ni、Cu等中的一种，按质量百分比，催化剂各组分的含量是M1为0.1～5％，最好是0.3～3％，M2为1～10％，最好是2～8％，余量为活性炭。制备方法：配制贵金属-非贵金属混合溶液，将活性炭加入混合溶液浸渍后，真空干燥，在氮气气氛下焙烧，即得氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂。具有良好的氨氮催化转化性能，还具有良好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种催化剂，尤其是涉及一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂及其制备方法。
技术介绍
废水中氨氮的存在不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭、破坏水体生态平衡，而且增加生活和工业用水前处理的难度和成本，甚至对人类产生毒害作用。开发经济、绿色、高效的氨氮废水处理技术刻不容缓，但因各种原因或技术的局限性，氨氮废水处理难题一直未能彻底解决。目前，氨氮的处理方法主要有吹脱法、离子交换法、吸附法、折点氯化法、化学沉淀法、生物法和催化湿式氧化法等。吹脱法、离子交换法和吸附法等物理处理方法只是将氨氮转移，并没有将其转化，因而需要考虑氨氮二次处理问题，且物理处理方法受传质限制，无法彻底除去水中的氨氮。折点氯化法、化学沉淀法能较好的处理低氨氮浓度的废水，但面对高浓度氨氮废水，其处理操作费用高居不下，且往往由于加入其它化学成分而带来二次污染。生物法是目前处理低浓度氨氮(<300mg/L)废水最主要的方法，但其工艺流程复杂，处理设备多，常需外加碳源，能耗大，成本高，且难以处理高浓度氨氮废水以及有毒废水。催化湿式氧化技术是20世纪80年代发展起来的一种治理废水的新技术，该方法是在一定温度、压力下，以空气(或氧气)为氧化剂，通过催化剂催化作用，一次性将氨氮全部转为对人类和环境完全无害的氮气，无需考虑二次处理，建设及运行费用仅为常规方法的60％左右，且能有效处理高、中、低不同浓度的氨氮废水。但该技术还处于刚起步阶段，国内外鲜见相关专利申请，只有研究论文报道。催化湿式氧化处理氨氮废水技术的核心在于适宜的催化剂。从文献报道来看，负载型贵金属催化剂具有较好的催化活性，但现有氨氮废水处理所用的贵金属催化剂贵金属用量偏高(>3％)，且工作条件苛刻(高温高压)。如常规浸渍法制备Pt/TiO2催化剂要在200℃和3.6MPa的条件下，才能有效去除废水中的氨氮(AppliedCatalysisB:Environmental,2012,128:64-71)。共浸渍法制备的RuPd/CeO2催化剂在200℃和2.0MPa的反应条件，具有良好的氨氮脱除性能，但Ru和Pd的总负载量高达5％(TopicsinCatalysis,2005,33:77-86)。Pd/C催化剂能在较为温和条件下(150℃，2MPa)去除废水中80％以上的氨氮，但该催化剂贵金属Pd含量较高(3％)(AppliedCatalysisB-Environmental,1998,16(3):261-268)。非贵金属催化剂具有更好的经济性，但其氨氮催化转化活性很低，即使在230℃和2.0MPa的条件下，氨氮的去除率也只仅有20％(WaterResearch,2004,38:778-782)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供活性高(尤其是低温活性)、稳定性好和成本较低(贵金属含量低)的一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂及其制备方法。所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂以贵金属-非贵金属纳米合金为活性成分，以活性炭为载体，其通式表述为M1M2/C，式中M1代表贵金属Pt、Pd、Ru、Rh等中的一种，M2代表非贵金属Fe、Co、Ni、Cu等中的一种，按质量百分比，催化剂各组分的含量是M1为0.1～5％，最好是0.3～3％，M2为1～10％，最好是2～8％，余量为活性炭。所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂的制备方法如下：配制贵金属-非贵金属混合溶液，将活性炭加入混合溶液浸渍后，真空干燥，在氮气气氛下焙烧，即得氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂。所述浸渍的时间可为4～12h；所述真空干燥的温度可为40～100℃；所述焙烧的条件可在250～550℃下焙烧2～6h。本专利技术所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂适用于氨氮废水的催化湿式氧化处理，在使用前用氢气350℃预还原1h后进行反应，废水氨氮含量为100～5000ppm，适宜反应(氧气或空气)压力0.1～5MPa，反应温度80～230℃。本专利技术所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂与传统负载型贵金属催化剂相比，由于采用贵金属-非贵金属纳米合金作为活性组分，使得所需的贵金属含量大大降低(可低于1％)，节约了成本。由于贵金属和非贵金属之间存在特殊的相互作用，故本专利技术的催化剂具有良好的氨氮催化转化性能(尤其是低温催化性能)。另外，本专利技术催化剂还具有良好的稳定性，在连续测试的5个周期内，优良的催化性能稳定保持不变。具体实施方式下面是本专利技术的实施例，但本专利技术不仅限于这些实施例。实施例1催化剂制备将0.0400gFeSO4·4H2O溶于2.6mL1g/500mLRuCl3溶液，制得所需的贵金属-非贵金属混合溶液，加入0.5g活性炭载体，搅拌均匀，静置12h后真空干燥，最后，将所得的固体粉末于氮气中450℃焙烧4h，制得Ru0.5Fe2.0/C催化剂。考评条件：反应前，催化剂在350℃下用氢气预还原1h。在高压反应釜中进行反应，催化剂用量0.4g，废水中氨氮含量2000ppm，反应温度180℃，反应压力0.5MPa，反应4h。纳氏试剂法检测氨氮，液相色谱检测硝酸盐、亚硝酸盐。考评结果见表1。实施例2催化剂制备参照实施例1，将RuCl3溶液换做3.3mL1g/500mLH2PtCl6·6H2O溶液。其余条件相同，制得制得Pt0.5Fe2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表1。实施例3催化剂制备参照实施例1，将RuCl3溶液换做3.2ml1g/500mLRhCl3·3H2O溶液。其余条件相同，制得其余条件相同，制得Rh0.5Fe2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表1。实施例4催化剂制备参照实施例1，将RuCl3溶液换做2.1ml1g/500mLPdCl2溶液。其余条件相同，制得其余条件相同，制得Pd0.5Fe2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表1。表1不同贵金属-非贵金属纳米合金催化剂的氨氮催化转化性能实施例5催化剂制备参照实施例1，将FeSO4·4H2O换做0.0406gNiCl2·6H2O。其余条件相同，制得制得Pt0.5Ni2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表2.实施例6催化剂制备参照实施例1，将FeSO4·4H2O换做0.0406gCoCl2·6H2O。其余条件相同，制得制得Pt0.5Co2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表2。实施例7催化剂制备参照实施例1，将FeSO4·4H2O换做0.0261gCuCl2·2H2O。其余条件相同，制得制得Pt0.5Cu2.0/C催化剂。考评条件同实施例1，考评结果见表2。表2不同贵金属-非贵金属纳米合金催化剂的氨氮催化转化性能实施例8～10催化剂制备同实施例1。考评条件参照实施例1，将反应温度分别改为200，150，120考评结果见表3。表3反应温度对Ru0.5Fe2.0/C催化剂的氨氮催化转化性能的影响实施例11～14催化剂制备同实施例1。考评条件参照实施例1，同一催化剂连续反应5次，考评结果见表4。表4反应温度对Ru0.5Fe2.0/C催化剂的氨氮催化转化性能的稳定性本专利技术提供一种催化活性高(尤其是低温活性)、稳定性好和价格较低的用于氨氮废水处理的催化剂。所述的催化剂以贵金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂，其特征在于其以贵金属‑非贵金属纳米合金为活性成分，以活性炭为载体，其通式表述为M1M2/C，式中M1代表贵金属Pt、Pd、Ru、Rh中的一种，M2代表非贵金属Fe、Co、Ni、Cu中的一种，按质量百分比，催化剂各组分的含量是M1为0.1～5％，M2为1～10％，余量为活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂的制备方法，其特征在于所述氨氮废水催化湿式氧化处理的催化剂，以贵金属-非贵金属纳米合金为活性成分，且贵金属在合金表面富集，以活性炭为载体，其通式表述为M1M2/C，式中M1代表贵金属Pt、Pd、Ru、Rh中的一种，M2代表非贵金属Fe、Co、Ni、Cu中的一种，按质量百分比，催化剂各组分的含量是M1为0.1～5％，M2为1～10％，余量为活性炭；所述制备方法的具体步骤如下：配制贵金属-非贵金属混合溶液，将活性炭加入混合溶液浸渍后，真空干燥，在氮气气氛下焙烧，在使用前用氢气350℃预还原1h后进行反应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秉辉，张诺伟，符继乐，郑进保，杨凯旭，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35