本发明专利技术属于催化剂技术领域，特别涉及一种臭氧氧化催化剂。本发明专利技术的目的在于提供一种制作成本低、便于生产、催化性能佳、稳定性能好，且制备过程中无污染物质产生的高效固相臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的臭氧氧化催化剂包括如下重量份数的组分：铁粉40‑70份、粉末活性炭20‑50份、石墨粉1‑10份、Fe2O34‑25份、MnO25‑20份、CuO5‑10份，碎木屑1‑10份、硫铁矿1‑5份、粘合剂3‑18份；本发明专利技术的臭氧氧化催化剂以铁、碳为主要催化成分，少量的氧化铁、氧化锰和氧化铜作为辅助催化成分，起到多元催化，在催化臭氧氧化反应时提高了对难降解有机物的分解能力，最大限度发挥臭氧氧化效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂
，特别涉及一种臭氧氧化催化剂。
技术介绍
臭氧氧化技术在水处理领域得到了广泛应用，如城市给水的杀菌消毒、工业废水的深度处理等。目前该技术在有机废水特别是难生物降解有机废水处理方法受到越来越多的重视。但由于其氧化选择性、臭氧利用率低、运行成本高等问题，臭氧氧化技术的推广应用受到了严重限制。以此为背景，采用催化剂提高臭氧氧化效率、增强臭氧氧化能力、降低运行成本的技术备受关注。固相臭氧氧化催化剂相较均相催化剂有更高的应用价值，因而是目前研究的热点。在固相催化剂中，过渡金属系列催化剂有较高的催化活性，常被作为活性组分使用。目前，制备高催化活性和稳定性的过渡金属催化剂成为研究热点CN104646020A号中国专利申请公开了一种催化剂的制备方法，它的制备步骤：(1)以活性炭为载体，依次经过碱洗、酸洗、去离子水冲洗后，烘干备用；(2)在50～80℃条件下于硝酸铁、硝酸锰溶液中浸渍3～5h，在100～120℃下烘干2～3h；(3)在300～500℃下焙烧2～3h，制得臭氧氧化催化剂。CN104289250A号中国专利申请公开了一种催化剂的制备方法，将过渡金属硝酸盐溶液溶于十六烷基三甲基溴化铵溶液中，加入氨水形成溶胶溶液，将分子筛混合于溶胶中搅拌均匀，经过滤洗涤干燥焙烧得到金属氧化物改性分子筛，改性分子筛与吸附剂、添加剂溶于水中均匀混合，将蜂窝活性炭浸渍于该溶液中20～60分钟，烘干、在500～600℃氮气中焙烧2～6小时得到负载型臭氧氧化催化剂。上述臭氧氧化催化剂的制备是在载体上负载活性组分，催化剂催化活性较高，方法均为浸渍法。但在制备过程中存在浸渍液浪费、硝酸盐活化焙烧过程中产生氮氧化物造成污染、制作成本较高及使用过程中活性组分流失导致催化活性下降等问题。综上所述，对现有臭氧氧化催化剂的制备方法进行改进，制备一种催化活性高、稳定性好、制备成本低且无二次污染的臭氧氧化催化剂成为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制作成本低、便于生产、催化性能佳、稳定性能好，且制备过程中无污染物质产生的高效固相臭氧氧化催化剂。为了达到上述目的，本专利技术的一种高效固相臭氧氧化催化剂，包括如下重量份数的组分：铁粉40-70份、粉末活性炭20-50份、石墨粉1-10份、Fe2O34-25份、MnO25-20份、CuO5-10份，碎木屑1-10份、硫铁矿1-5份、粘合剂3-18份；其中铁粉、粉末活性炭、石墨粉、Fe2O3、MnO2、CuO为催化剂活性组分，碎木屑、硫铁矿、粘合剂为催化剂辅助组分。作为优选，所述铁粉的纯度≥99.5％，粒径为80-90目。作为优选，所述粉末活性炭及石墨粉的碳含量≥98.5％，粒径为80-90目。作为优选，所述Fe2O3、MnO2和CuO的纯度≥99.0％，粒径均为80-90目。作为优选，所述碎木屑的粒径为20-40目，硫铁矿的粒径为30-50目。作为优选，所述粘合剂包括主粘合剂和辅助粘合剂，所述主粘合剂为羧甲基纤维素钠，辅助粘合剂选用水、水玻璃、铝溶胶中的一种或几组组合使用。本专利技术的另一目的是提供一种高效固相臭氧氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按如下重量份数：铁粉40-70份、粉末活性炭20-50份、石墨粉1-10份、Fe2O34-25份、MnO25-20份、CuO5-10份，碎木屑1-10份、硫铁矿1-5份、粘合剂3-18份，准确称量上述各组分；先将铁粉、粉末活性炭、石墨粉、Fe2O3、MnO2、CuO混合均匀，再依次加入碎木屑、硫铁矿混合均匀，最后添加粘合剂，搅拌均匀后置于成球机，制成直径为3-8mm的催化剂母球；(2)将催化剂母球在60-80℃条件下干燥12-24h，使其成型；(3)将成型的催化剂母球在800-1200℃充氮条件下烧结2-8小时，冷却后即得高效固相臭氧氧化催化剂。作为优选，步骤(1)中所述铁粉的纯度≥99.5％，粒径为80-90目；粉末活性炭及石墨粉的碳含量≥98.5％，粒径为80-90目；Fe2O3、MnO2和CuO的纯度≥99.0％，粒径均为80-90目。作为优选，步骤(1)中所述碎木屑的粒径为20-40目，硫铁矿的粒径为30-50目；所述粘合剂包括主粘合剂和辅助粘合剂，所述主粘合剂为羧甲基纤维素钠，辅助粘合剂选用水、水玻璃、铝溶胶中的一种或几组组合使用。本专利技术的还有一个目的是提供一种高效固相臭氧氧化催化剂的应用，即将本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂应用在工业废水处理系统的预处理和深度处理中。本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂以铁、碳为主要催化成分，少量的氧化铁、氧化锰和氧化铜作为辅助催化成分，起到多元催化，在催化臭氧氧化反应时提高了对难降解有机物的分解能力，最大限度的发挥臭氧的氧化效果；本专利技术使用的碎木屑在高温800-1200℃充氮条件下会变为灰烬，其所占细小空间转化为细微孔隙，硫铁矿可以增加催化剂的抗压强度和硬度，粘合剂将活性组分粘聚成型，同时在焙烧过程中具有一定的造孔能力。本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂的主要成分是铁、碳、过渡金属氧化物、造孔剂和粘合剂等，这些物质以极小颗粒的形式均匀分布于催化剂内外，催化剂密度为1.1-1.5t/m3，比表面积为4200-4800m2/m3，孔隙率高达65-70％，物理强度大于等于800kg/cm3，因此本催化剂具有一定的毛细吸力，可将废水中的有机物、臭氧分子与催化剂中的活性组分充分接触，在催化剂孔道表面发生催化臭氧反应，极大的提高反应速率。本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂的主要催化组分为铁和碳，而铁和碳本身存在1.2-1.4V电位差，形成微小原电池，发生微电解反应，使用过程中催化剂自身的微电解反应与臭氧氧化反应会产生协同作用，对有机物进行高效降解，同时催化剂使用过程中会产生Fe2+、Fe3+，对臭氧氧化反应同样具有催化作用。微电解反应以还原性为主，且对发色基团的去除效果极佳，因此本专利技术的臭氧氧化催化剂在应用过程中的脱色效果比其他臭氧氧化催化剂高20-30％。本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂并没有采用载体负载活性组分的形式，催化剂本身成分均为活性组分，在使用过程中催化剂虽被消耗，但催化活性不会减弱，只需定期补充一定量催化剂即可，因此本催化剂具有极高的稳定性，无使用寿命限制。本专利技术的高效固相臭氧氧化催化剂可耐废水pH波动范围大，在酸性条件下催化剂本身消耗H+，反应以微电解反应和臭氧氧分子氧化为主；在碱性条件下，臭氧以间接氧化为主降解有机物，反应过程消耗OH-且产生少量H+，对催化剂内部微电解反应具有催化作用，因此本催化剂应用过程对进水pH并无要求。本专利技术的制备方法简单易行，制备成本较低，且制备过程中无二次污染，便于大范围推广。具体实施方式下面结合应用实例，对本专利技术的技术方案和有益效果做进一步阐述。实施例1按照如下重量份数：铁粉40份、粉末活性炭30份、石墨粉2份、Fe2O35份、MnO210份、CuO5份、碎木屑2份、硫铁矿2份、粘合剂4份，精确秤取各组分；先将铁粉、粉末活性炭、石墨粉、Fe2O3、MnO2、CuO混合均匀，再依次加入碎木屑、硫铁矿混合均匀，最后添加粘合剂，搅拌均匀后置于成球机，制成直径为5-8mm的催化剂母球；将催化剂母球在80℃条件下干燥12h，使其成型；将成型本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：铁粉40‑70份、粉末活性炭20‑50份、石墨粉1‑10份、Fe2O3 4‑25份、MnO2 5‑20份、CuO 5‑10份，碎木屑1‑10份、硫铁矿1‑5份、粘合剂3‑18份；其中铁粉、粉末活性炭、石墨粉、Fe2O3、MnO2、CuO为催化剂活性组分，碎木屑、硫铁矿、粘合剂为催化剂辅助组分。
【技术特征摘要】
1.一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：铁粉40-70份、粉末活性炭20-50份、石墨粉1-10份、Fe2O34-25份、MnO25-20份、CuO5-10份，碎木屑1-10份、硫铁矿1-5份、粘合剂3-18份；其中铁粉、粉末活性炭、石墨粉、Fe2O3、MnO2、CuO为催化剂活性组分，碎木屑、硫铁矿、粘合剂为催化剂辅助组分。2.根据权利要求1所述的一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：所述铁粉的纯度≥99.5％，粒径为80-90目。3.根据权利要求1所述的一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：所述粉末活性炭及石墨粉的碳含量≥98.5％，粒径为80-90目。4.根据权利要求1所述的一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：所述Fe2O3、MnO2和CuO的纯度≥99.0％，粒径均为80-90目。5.根据权利要求1所述的一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：所述碎木屑的粒径为20-40目，硫铁矿的粒径为30-50目。6.根据权利要求1所述的一种高效固相臭氧氧化催化剂，其特征在于：所述粘合剂包括主粘合剂和辅助粘合剂，所述主粘合剂为羧甲基纤维素钠，辅助粘合剂选用水、水玻璃、铝溶胶中的一种或几组组合使用。7.一种高效固相臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)按如下重量份数：铁粉40-70份、粉末活性炭20-...
【专利技术属性】
技术研发人员：严月根，凌明，叶国祥，李婷，朱宏博，
申请(专利权)人：浙江巨能环境工程设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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