新型负载二氧化锰陶基质催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种新型负载二氧化锰陶基质催化剂及其制备方法与应用，所述新型负载二氧化锰陶基质催化剂的制备方法：将高锰酸钾水溶液、硫酸锰水溶液与陶基质载体混合，高温烧结。本发明专利技术通过将高锰酸钾和硫酸锰溶于水，再与陶基质载体混合；一部分的高锰酸钾直接与硫酸锰反应生成二氧化锰，残留的高锰酸钾慢慢反应生成二氧化锰，均匀分布于载体中，并通过采用碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钙三者复配的膨化剂，提高了MnO2活性组分的利用率，降低了生产成本，易于实现大规模的工业化生产，臭氧经过催化剂催化后，能更有效地去除水中有机污染物，其氧化能力明显提高。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于臭氧催化剂制备
，特别涉及一种新型负载二氧化锰陶基质催 化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
早在19世纪，人们就认识到了臭氧的强氧化作用，发现臭氧对木材、稻草、淀粉、植 物色素、天然橡胶、脂肪、动植物油与酒精等物质都有氧化作用。1868年，德·格贝斯(de · Gebeth)获得了臭氧应用技术的第一项专利，用臭氧将煤焦油混合物氧化为适于涂料、油漆 使用的产品。1873年，欧洲将臭氧在食糖精制和亚麻漂白方面投入使用。一百多年来臭氧 应用已深入到多个领域，对人类的生产技术发展做出了重大贡献。臭氧应用按用途分为水 质处理、化学氧化、食品加工保鲜和医疗四个领域，各个领域的应用研究与设备开发都已达 到相当高的水平。世界已经形成了独立的臭氧技术产业和部门，1973年建立的国际臭氧协 会(IOA)设在加拿大。该协会每两年一次举办国际会议交流各国发展臭氧技术 二战以后，国际上臭氧应用技术获到了长足发展。首先，1902年，德国帕德博恩建立了 第一座用臭氧处理水质的大规模水厂，开创了臭氧水处理的先河，现在世界上已有数千座 臭氧水厂欧美、日本、加拿大等国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度。矿泉水、纯净水 厂家几乎都装备了臭氧设备。美国七十年代初开始利用臭氧处理生活污水，主要是为了灭 菌消毒、去除污染物、脱色等达到排放标准。日本则在缺水地区将污水用臭氧处理后作为中 水使用。美、日、德、法等国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。 水处理臭氧发生应用技术主要分发生、冷却、干燥、气水混合四大基础部分和电 控系统、结构系统六大方面技术。臭氧用于水处理的浓度单位一般是按mg/L计算，这与空 气型常用mg/m 3差了一千倍，由此可知，水处理需要高浓度、大发生量的臭氧才能应用，臭氧 发生量/小时，负载功率电耗，气源干燥度，产品寿命等是其主要指标。水处理臭氧发生多 采用气隙放电法，因浓度需求，其电耗增高，器件的温升也不可避免，温升是影响臭氧产生 和设备寿命的主要因素，所以一般需要冷却，主要有风冷，水冷两种，有的则通过冷气源来 解决，采用哪种方式，由设备设计决定。 目前，单独使用臭氧氧化技术处理废水仍存在一些问题。一方面，臭氧与有机物的 反应选择性较强，在低剂量和短时间内，臭氧不可能完全矿化污染物，且分解生成的中间产 物会阻止臭氧的进一步氧化。另外臭氧的发生成本高，利用率偏低，导致处理费用高。因此 对提高臭氧的利用率和氧化能力这方面的研究，是目前国内外的热点。 在提高臭氧的氧化效率方面，臭氧技术的发展大致可分为两类:一种是将臭氧用 如超声、紫外、过氧化氢催化转化为氧化性更强而反应选择性更低的羟基自由基。另一类是 用固体颗粒为催化剂来加强臭氧氧化，如活性炭、金属氧化物、二氧化钛，固体颗粒为催化 剂，对废水中的臭氧的氧化作用有较好的催化作用，在水处理的过程中，这些固体催化剂一 直保留在臭氧催化反应器内起催化氧化作用，不需要后续的分离措施，将有其实际应用价 值。 金属氧化法是以固状的金属(金属盐及其氧化物)为催化剂，加强臭氧氧化反应， 是近几年来新起的技术。该技术的目的就是促进O 3的分解，以产生自由基等活性中间体来 强化臭氧化。其关键是高效的金属催化剂的制作与筛选、目前已研究和筛选出的有铜锰锌 钙类的催化剂。 目前非均相的臭氧催化剂的制备，所采用的方法为:将具有催化活性的金属硝酸 盐或硫酸盐一种或几种按一定比例复合溶于水中，然后加入载体，投加碱性物质，使这些金 属盐类形成氢氧化物沉淀。然后搅拌混合，洗涤过滤载体，最后烘烧制备，由于该类制备方 法是将催化剂附着在载体表面，制备过程中存在大量的反应副产物，同时大量无法附着在 载体表面的催化剂需要通过洗涤去掉，造成较大的浪费。另外，由于催化剂是通过烘烤附着 在载体表面，因此其附着强度较差，多次使用后催化剂的流失率较大，且由于该类生产方法 步骤繁琐，较难实现大规模的工业化生产。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术要解决的问题之一是提供一种新型 负载二氧化锰陶基质催化剂的制备方法。该制备方法通过在陶基质载体生产过程中加入具 有催化活性的组分作为其生产原料，且利用两种活性组分的化学反应特性，得到具有催化 活性的二氧化锰催化活性组份，制备臭氧催化氧化用的陶基质催化剂，提高臭氧氧化能力， 以提高去除水中难降解有机物能力，从而降低臭氧氧化水处理的运行成本。 本专利技术要解决的问题之二是提供上述方法制备的新型负载二氧化锰陶基质催化 剂。 本专利技术要解决的问题之三是提供上述新型负载二氧化锰陶基质催化剂在水处理 中的应用。 本专利技术目的是通过如下技术方案实现的： 一种新型负载二氧化锰陶基质催化剂的制备方法:将高锰酸钾水溶液、硫酸锰水溶液 与陶基质载体混合，高温烧结。 优选地，所述陶基质载体为粉煤灰、高岭土和膨化剂中的至少一种。 更优选地，所述陶基质载体由下述重量份原料混合而成：粉煤灰40-60份、高岭土 30-40份、膨化剂10-20份。 优选地，所述膨化剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵和碳酸钙中的至少一种。 更优选地，所述膨化剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵和碳酸钙的混合物，所述碳酸氢钠、 碳酸氢铵、碳酸钙的质量比为(1-3) :(1-3): (1-3)。 优选地，所述陶基质载体、高锰酸钾和硫酸锰的质量比为1 : (0.002-0.005 ): (0.004-0.02)。 优选地，所述高锰酸钾水溶液中高锰酸钾的浓度为0.5_5wt%，硫酸锰水溶液中硫 酸锰的浓度为2-12 wt%。 优选地，所述高温烧结时烧结温度为1100-1250°C，烧结时间为I -12小时。 本专利技术还提供了一种新型负载二氧化锰陶基质催化剂，采用上述方法制备而成。所述催化剂的活性成分为MnO2，载体为陶基质。该催化剂在进行催化反应时，既起 到提高臭氧氧化能力的作用，又因为是固体颗粒，形成异相催化臭氧的氧化反应，从而可以 重复使用，减少二次污染又不易流失至废水中造成二次污染。本专利技术还提供了上述新型负载二氧化锰陶基质催化剂在水处理中的应用。该新型负载二氧化锰陶基质催化剂既可单独对水进行处理，也可与其他方法联 用。臭氧经过该新型负载二氧化锰陶基质催化剂催化以后，能更有效地去除水中有机污染 物，其氧化能力有明显的提高，从而降低了臭氧的投加量，节省了运行成本;通过制备表层 具有丰富微孔的负载二氧化锰的陶基质催化剂，可以极大地提高催化剂利用率，降低催化 剂的生产成本，减少催化剂流失率，防止二次污染。 本专利技术的机理为： 陶基质载体生产的原料都是粉末状原料，生产过程中必须通过与水混合，形成载体坯 料，经烧结而形成陶基质载体。本专利技术将具有臭氧催化活性的高锰酸钾和硫酸锰溶于水中， 得到高锰酸钾和硫酸锰的水溶液，用来代替制造陶基质载体坯料的水，而制得载体坯料，经 高温烧结，得到负载二氧化锰陶基质催化剂。 使用高锰酸钾和硫酸锰溶液作为粘结剂，由于其物料相近，因此其附着强度高，使 余下载体原料附着于载体原料核表面，得到粒径增大的陶基质载体。 高锰酸钾和硫酸锰同时加入，一部分直接进行化学反应，形成微小的二氧化锰，附 着在载体上，一部分残留的高锰酸钾和硫酸锰存在于载体中，高锰酸钾自我较为不稳定，慢 慢氧化还原生成二氧化锰，而硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型负载二氧化锰陶基质催化剂的制备方法，其特征在于，将高锰酸钾水溶液、硫酸锰水溶液与陶基质载体混合，高温烧结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓扬，汪晓军，姜元臻，简磊，郭训文，袁延磊，汪彤春，何姣，
申请(专利权)人：广州市华绿环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44