一种高强度废水处理催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高强度废水处理催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将催化剂载体一次浸渍于含有至少两种无机盐的混合溶液中后取出并进行热处理，得到增强的催化剂载体，所述无机盐包括碱金属盐或/和碱土金属盐；将增强的催化剂载体进行活性组分的负载，得到所述高强度废水处理催化剂。本发明专利技术制备的废水处理催化剂比表面积大反应活性高，强度高，抗压强度达到60‑80N，能够满足固定床催化反应器使用要求。

A kind of high strength wastewater treatment catalyst and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高强度废水处理催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种高强度废水处理催化剂及其制备方法和应用，属于水处理

技术介绍
污水深度处理工艺主要包括膜分离法、活性炭吸附、高级氧化法等。由于废水体系复杂，因而膜分离法处理废水将产生严重的膜污染问题，不仅严重影响运行稳定性，而且显著增加了运行成本。活性炭吸附法尽管对绝大多数有机污染物均具有较好的富集效果，但由于活性炭的再生成本高、装置复杂，因而活性炭吸附法应用非常受限。最关键的是上述两种方法仅能实现污染物的富集或转移，无法彻底消除污染物。高级氧化法是可以真正实现污染物真正意义上的无害化降解的方法，因而在污水深度降解领域占据十分重要的地位。传统的高级氧化技术是基于羟基自由基(·OH)的氧化技术(光催化氧化、催化湿式氧化、臭氧氧化、Fenton氧化、电化学法等)，其本质是·OH通过电子转移、亲电加成、脱氢反应等途径使水中的各种污染物矿化，使有害物质降解为CO2、H2O和其他无机物质，或将其转化为低毒易生物降解的中间产物。非均相催化氧化是将催化剂活性组分负载在活性炭、氧化铝、硅藻体等大表面积多孔载体上，利用催化剂组分与H2O2、O3、NaClO等氧化剂的相互作用，产生羟基自由基、原子氧、超氧自由基、过硫酸基等具有强氧化性的物质，通过电子转移、亲电加成、脱氢反应等途径使水中的各种污染物矿化，使有害物质降解为CO2、H2O和其他无机物质，或将其转化为低毒易生物降解的中间产物。催化剂通常预先成型为球状、条状、三叶形等。催化剂制备方法包括共沉淀挤出、浸渍法等。CN201310036533.0公开了一种载铁分子筛型类芬顿催化剂的制备方法及其在硝基苯废水处理系统中的应用。通过控制3A分子筛高温焙烧温度、碳酸钠和硫酸亚铁的反应加入量等技术参数制得3A-Fe型分子筛。与过氧化氢构成非均相类芬顿催化氧化体系，实现了硝基苯废水的去除和矿化。CN201410606665.7公开了一种处理含酚废水的MnO2-CeO2-CoO/AC三元负载型催化剂的制备方法，在原料煤粉中加入一定浓度的乙酸锰、乙酸铈和乙酸钴的混合溶液，加入粘结剂之后挤条或造球，再经过炭化、活化等后处理，得到粒径为2-5mm的三元负载活性炭催化剂，用来催化臭氧氧化含酚废水。催化剂的活性、选择性及稳定性等对催化剂的实际应用至关重要，而另一项十分重要的催化剂指标即为其机械强度。废水处理催化装置通常为固定床或流化床反应器，固定床中催化剂须具有较高的抗压强度以避免催化剂破碎导致的床层压降增大，流化床中催化剂在流动状态下更易发生相互摩擦而粉化。高强度的催化剂可减小催化剂更换支出，也保证其在搬运过程中不会因磨损和撞击而破坏，对保证生产稳定性及提高经济效益具有重要意义。而常规挤出成型等方法制备的催化剂强度不高，急需发展新的工艺方法提高催化剂强度。影响催化剂强度的因素很多，包括粘结剂、助挤剂、胶溶剂的种类及加入量，催化剂活性粒子及催化剂载体类型、催化剂晶粒大小及结晶度等。CN201310023136.X公开了一种提高分子筛催化剂强度的方法，即用pH值为0.5～4的酸性溶液对挤出或滚球成型的分子筛催化剂进行处理，处理温度为100～300℃，处理时间为1～200小时，酸性溶液和成型分子筛催化剂的重量比为3～100:1；对处理后的成型分子筛催化剂进行干燥、焙烧后得到成品催化剂。该方法可用于分子筛催化剂的工业化生产。CN00810518.9公开了两种降低费-脱催化剂磨耗损率的方法：一种是采用pH＝1～5，优选1～3的酸溶液对催化剂进行浸泡后煅烧，通常选用的酸为硝酸，因而催化剂煅烧处理时降放出大量NOx气体，造成空气污染；另一种是在勃姆水铝石结晶前引入少量氧化钛，使TiO2在催化剂中总含量达到800-2000ppm。CN102211023A公开了一种适合于工业应用的、高强度的碳纳米管负载铂催化剂制备方法，包括：①预处理步骤：原生碳纳米管在浓硫酸(质量浓度98％)与浓硝酸(质量浓度60～63％)混酸(体积比3:1)中，100～130℃温度范围内加热回流，之后过滤、洗涤、烘干；②浸渍步骤：预处理后的碳纳米管与氯铂酸溶液混合，放置24小时后，加入不超过总体积50％的无水乙醇再利用旋转蒸发仪将溶剂蒸干破碎得到80～100目的颗粒；③还原步骤：在氢气流中350℃处理2小时，降至室温后，20％N2-空气中钝化1小时。所得催化剂对硝基苯加氢反应表现良好催化活性，并且压碎强度达到20N/mm。目前提高催化剂强度的手段主要包括优化粘结剂配方、采用压片等方法成型、高温烧结等。然而压片工艺复杂、能耗高、产量低，不利于大规模生产。高温烧结则显著增加能耗，高温时材料物相可能发生变化，从而影响催化剂性能。粘结剂可以改善催化剂强度，但有机粘结剂去除温度较高，无机粘结剂可能给催化剂材料中引入杂质。
技术实现思路
针对废水处理用催化剂抗压性和耐磨性差等问题，本专利技术的目的在于提供一种低能耗、操作简单、适合使用成型催化剂载体的高强度废水处理催化剂及其制备方法和应用。一方面，本专利技术提供了一种高强度废水处理催化剂的制备方法，包括：将催化剂载体一次浸渍于含有至少两种无机盐的混合溶液中后取出并进行热处理，得到增强的催化剂载体，所述无机盐包括碱金属盐或/和碱土金属盐；将增强的催化剂载体进行活性组分的负载，得到所述高强度废水处理催化剂。本专利技术通过对具有多孔孔道结构的催化剂载体(例如，多孔氧化铝、活性炭等)进行简单的混合无机盐(例如，碱金属盐或/和碱土金属盐等)液相浸渍，使得催化剂载体的孔道结构中负载有碱金属或碱土金属盐的混合物。然后在经过煅烧(热处理)，促进了催化剂载体组分中活性成分迁移及传质，提高载体的力学性能，同时还保留催化剂载体高比表面积、高孔容的特性。然后以上述经过热处理的催化剂载体为基础，进行活性组分的负载，使得负载有活性组分的催化剂的抗压强度和耐磨性也得到明显提高，完全适应固定床及流化床废水处理反应器的使用要求。较佳地，所述一次浸渍的温度为5～90℃，时间为1～200小时。较佳地，所述热处理的温度为150～600℃，时间为0.5～20小时。较佳地，所述碱金属盐为碱金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐和磷酸盐中的至少一种，所述碱土金属盐为碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐和磷酸盐中的至少一种。较佳地，所述催化剂载体包括多孔氧化铝或活性炭。较佳地，所述无机盐的质量浓度为0.01～20wt％，所述混合溶液和催化剂载体的质量比为(0.3～100)：1。较佳地，所述活性组分的负载为将增强的催化剂载体二次浸渍于含有活性组分的盐溶液中后取出，再于300～800℃下烧结2～8小时，得到所述高强度废水处理催化剂。又，较佳地，所述活性组分为铁离子或/和铈离子，优选地所述含有活性组分的盐为硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、硝酸铈和氯化铈中的至少一种。又，较佳地，所述活性组分的总浓度为0.2～8mol/L，所述含有活性组分的盐溶液和增强的催化剂载体的质量比为(0.5～20)：1。另一方面，本专利技术还提供了一种根据上述的方法制备的高强度废水处理催化剂，所述高强度废水处理催化剂包括催化剂载体，以及负载于催化剂载体表面的氧化铁或和氧化铈、与碱金属氧化物或/碱土金属氧化物。再一方面，本专利技术还提供了一种根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度废水处理催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将催化剂载体一次浸渍于含有至少两种无机盐的混合溶液中后取出并进行热处理，得到增强的催化剂载体，所述无机盐包括碱金属盐或/和碱土金属盐；将增强的催化剂载体进行活性组分的负载，得到所述高强度废水处理催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种高强度废水处理催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将催化剂载体一次浸渍于含有至少两种无机盐的混合溶液中后取出并进行热处理，得到增强的催化剂载体，所述无机盐包括碱金属盐或/和碱土金属盐；将增强的催化剂载体进行活性组分的负载，得到所述高强度废水处理催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次浸渍的温度为5～90℃，时间为1～200小时。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为150～600℃，时间为0.5～20小时。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属盐为碱金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐和磷酸盐中的至少一种，所述碱土金属盐为碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐和磷酸盐中的至少一种。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂载体包括多孔氧化铝或活性炭。6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述无机盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳桥，杨庆峰，齐振一，张涛，宋力昕，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所湖州先进材料产业创新中心，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33