一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出双过渡元素掺杂或者双稀土掺杂的三元复合金属氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4 h即可得到三元臭氧催化剂；负载型臭氧催化剂的制备：将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入CaCl2溶液，形成固定化的臭氧催化剂凝胶球。本方法制备出的固定化的三元复合臭氧催化剂凝胶球不仅制备工艺简单，成本低，而且可以有效解决悬浮态催化剂的回收困难、对水质造成二度污染以及降解效果不佳等问题，大大缩短了反应时间，提高了COD的去除效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，可以解决有机物含量高、COD浓度高等水污染问题，用于水污染处理领域。
技术介绍
钢铁工业是我国的基础产业，但是钢铁工业也是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14%。钢铁工业的迅猛发展也加剧了水污染及水资源短缺的现实问题。2012年颁布并实施的《钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-2012）》也对钢铁行业废水中污染物的排放标准提高的要求。国家达标排放的要求COD低于30mg/L，总氮低于15mg/L。钢铁废水中的平整液废水和含油废水等都有COD浓度高，BOD5/COD（以下简称B/C）低，可生化性差的特点，传统的生物处理难以奏效，极易导致经处理后废水COD超标。为此，减少工业水污染排放更是其中的重中之重，这就要求企业积极推行工业废水深度处理和回用技术。随着近年来臭氧催化氧化技术的发展，作为单纯的臭氧化的强化技术，利用强氧化性的羟基自由基(·OH)与水体中的有机污染物反应，可有效降解结构复杂，自然状态下极其稳定的有机污染物。这一技术已经被逐渐应用到了给水处理中，引起业内的普遍青睐。虽然臭氧催化剂作用下形成的羟基自由基（·OH）几乎可以氧化所有的有机物，特别对小分子有机酸则可以几乎完全氧化。然而难降解的污染物常常具有高化学稳定性，很难单独采用臭氧将其氧化，同时难以达到较高的COD去除效果。针对单一的臭氧氧化的缺点，寻找一种新的方法势在必行。臭氧催化氧化技术是一种高效的污水深度处理技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。与臭氧单独作为氧化剂相比，臭氧在催化剂的作用下形成的·OH与有机物的反应速率更高、氧化性更强，几乎可以氧化所有的有机物。目前使用较多的负载型的臭氧催化剂，主要是以Al2O3和活性炭等作为载体，在常温常压下可以高效氧化降解有机污染物。寻找好的载体材料并对其进行固定化，对于最终的催化处理效果的影响也是非常显著的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法。系针对有机物含量高、COD浓度高等采用现有处理技术难以达到国家规定的排放标准的钢铁废水，提出的一种处理钢铁废水的臭氧催化剂的制备和使用方法，通过对催化剂进行固定化，形成整体式的催化剂，并结合臭氧催化，有效解决悬浮态催化剂的回收困难、对水质造成二度污染以及降解效果不佳等问题，缩短反应时间，提高COD的去除效率，最大限度地降低能耗，节约材料成本和运行成本，有着较大的发展潜力和应用前景。一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出双过渡元素掺杂或者双稀土掺杂的三元复合金属氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元臭氧催化剂；（2）负载型臭氧催化剂的制备：将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入CaCl2溶液，形成固定化的臭氧催化剂凝胶球。所述的双过渡元素为Mn、Co、Ni元素；双稀土元素为La、Y、Ce元素。所述的负载型臭氧催化剂的制备方法如下：将海藻酸钠粉末在50~70℃的温度下溶解于去离子水中，搅拌均匀；按照0.5~1:1的比例将海藻酸钠和三元臭氧催化剂混合，待搅拌均匀后，向其中逐滴滴加质量分数为5%~10%的CaCl2溶液中，固化5~20min后，用去离子水对负载型的臭氧催化剂进行浸泡6~24h，即可得到用于降解高COD的钢铁废水的固定化臭氧催化剂。臭氧催化剂的催化性能评价在臭氧催化塔中进行，将制备出的负载型臭氧催化剂凝胶球填充在催化塔中，填充率为50%，水力停留时间维持在60min，臭氧曝气30min后，测定钢铁废水催化前后的COD值，并计算得出负载型臭氧催化剂对钢铁废水的催化降解率。本专利技术将具有优异臭氧催化活性的三元过渡金属氧化物固定化在海藻酸钠水凝胶中，制备出具有高效催化活性的臭氧催化剂，不仅解决了悬浮态催化剂的回收困难以及对水质造成二度污染等难题，而且还充分利用臭氧的强氧化性，提高催化剂的催化效率，将其应用到钢铁废水中，对水中的COD和氨氮都有很好的处理效果，在处理高浓度难降解的钢铁废水方面具有广泛的应用前景。本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术制备的三元臭氧催化剂，采用双过渡元素掺杂或者双稀土掺杂，利用过渡元素或稀土元素间的协同作用，来提高臭氧的利用率，提高催化效率，有效去除钢铁废水中的难降解有机物，最大限度地降低能耗，节约成本。（2）本专利技术提出的负载型臭氧催化剂的制备方法，利用海藻酸钠水凝胶作为载体，不仅具有良好的稳定性，而且还保留了三元臭氧催化剂的催化活性，具有负载量高、活性高、成本低、COD去除效果好等特点，并有效防止在催化降解过程中由于分离不完全造成的二次污染的问题。（3）本专利技术的负载型臭氧催化剂不仅可以用于钢铁废水的处理，还可用于其他工业废水以及受污染的自然水体的处理，具有较大的推广应用价值。具体实施方式通过实施例，对本专利技术做进一步的说明。实施例1：臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出锰/钴/镍复合氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元MnO2/NiO/CoO臭氧催化剂；负载型臭氧催化剂的制备：按照0.5:1的比例将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入10%CaCl2溶液，固化10min后形成固定化的SA-MnO2/NiO/CoO臭氧催化剂凝胶球，所制备的负载型臭氧催化剂对钢铁平整液及含油废水的COD的降解率为54.3%。实施例2：臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出锰/钴/铜复合氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元MnO2/NiO/CuO臭氧催化剂；负载型臭氧催化剂的制备：按照0.75:1的比例将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入5%CaCl2溶液，固化15min后形成固定化的SA-MnO2/NiO/CuO臭氧催化剂凝胶球，所制备的负载型臭氧催化剂对钢铁平整液及含油废水的COD的降解率为56.8%。实施例3：臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出锰/铈/镧复合氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元MnO2/CeO2/LaO臭氧催化剂；负载型臭氧催化剂的制备：按照0.75:1的比例将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入10%CaCl2溶液，固化10min后形成固定化的SA-MnO2/CeO2/LaO臭氧催化剂凝胶球，所制备的负载型臭氧催化剂对钢铁平整液及含油废水的COD的降解率为64.3%。实施例4：臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出锰/铈/钇复合氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元MnO2/CeO2/YO2臭氧催化剂；负载型臭氧催化剂的制备：按照0.5:1的比例将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入5%CaCl2溶液，固化15min后形成固定化的SA-MnO2/CeO2/YO2臭氧催化剂凝胶球，所制备的负载型臭氧催化剂对钢铁平整液及含油废水的COD的降解率为61.2%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出双过渡元素掺杂或者双稀土掺杂的三元复合金属氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4 h即可得到三元臭氧催化剂；（2）负载型臭氧催化剂的制备：将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入CaCl2溶液，形成固定化的臭氧催化剂凝胶球。

【技术特征摘要】
1.一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）臭氧催化剂的制备：采用化学沉淀法制备出双过渡元素掺杂或者双稀土掺杂的三元复合金属氧化物前驱体，洗涤、过滤、干燥后经350℃煅烧4h即可得到三元臭氧催化剂；（2）负载型臭氧催化剂的制备：将海藻酸钠与三元臭氧催化剂进行混合后，向其中滴入CaCl2溶液，形成固定化的臭氧催化剂凝胶球。2.根据权利要求1中所述的一种处理钢铁废水的负载型臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述的双过渡元素为Mn、Co、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，童琴，严良，高小迪，代卫国，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31