电催化氧化填料及其制备方法、三维电催化氧化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电催化氧化填料及其制备方法、三维电催化氧化装置，该电催化氧化填料是由粘土矿物与固化剂的混合物、Cu

Electrocatalytic oxidation packing and its preparation method, three-dimensional electrocatalytic oxidation device

【技术实现步骤摘要】
电催化氧化填料及其制备方法、三维电催化氧化装置
本专利技术属于甲基嘧啶磷废水的处理领域，涉及一种电催化氧化填料及其制备方法、三维电催化氧化装置。
技术介绍
甲基嘧啶磷是广谱、高效、低毒的有机磷杀虫、杀螨剂，广泛用于仓储、家庭卫生、农作物等害虫的防治，然而，在甲基嘧啶磷的制备过程中产生了大量的污水，不仅严重阻碍了其产能的扩大，更为重要的是，由此产生的废水的处理已成为当务之急。甲基嘧啶磷废水按其生产工艺可分为胍的合成、嘧啶醇的合成及甲基嘧啶磷合成三个工段共八股废水，废水总水量：10吨废水/吨产品。该甲基嘧啶磷废水中含有嘧啶类、有机硫、有机磷、有机氮等多种有毒有害污染物，B/C比值在0.01左右，属高浓度、高含盐、难降解农药废水。现有技术中通常采用吸附法处理甲基嘧啶废水，如张燕等以膨润土为吸附用于甲基嘧啶磷废水，又如雷粮林等以木质素/膨润土作为复合吸附剂用于处理甲基嘧啶磷废水，但是这些甲基嘧啶磷废水的处理方法中存在着吸附法的固有缺陷，只是将污染物从水中转移到吸附剂中，并没有从根本上解决污染源对环境的危害问题。基于吸附法中存在的不可解决的缺陷，李明等提出了一种电催化氧化去除废水中甲基嘧啶磷的方法，以铅合金板作阳极、不锈钢板为阴极，对甲基嘧啶磷废水的COD进行电催化氧化去除，然而该方法是一种过时的二维电催化氧化技术，存在电流效率低、传质距离远等不足，并不能满足实际应用的需求。另外，对于如何有效处理甲基嘧啶磷废水，国内外至今并没有成熟有效的工业化治理方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种导电性好、能耗低、稳定性高、催化活性强、无需支持电解质的电催化氧化填料及其制备方法，同时还提供了一种填充有电催化氧化填料的三维电催化氧化装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种电催化氧化填料，所述电催化氧化填料是由催化剂载体和金属催化剂溶液混合后经焙烧制得；所述催化剂载体为粘土矿物与固化剂的混合物；所述金属催化剂溶液为Cu2+/Mn2+的混合溶液。上述的电催化氧化填料，进一步改进的，所述粘土矿物为陶土、硅藻土、膨润土的混合物；所述陶土、硅藻土和膨润土的质量比为5～6∶2～3∶3～1。上述的电催化氧化填料，进一步改进的，所述固化剂为硅胶溶液或水玻璃；所述固化剂的质量浓度为30％；所述固化剂与粘土矿物的质量比为0.05％。上述的电催化氧化填料，进一步改进的，所述金属催化剂溶液为乙酸铜和乙酸锰的混合溶液；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中Cu2+、Mn2+的摩尔比为1∶1～2；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中乙酸铜和乙酸锰的质量百分含量为10％；所述金属催化剂溶液与粘土矿物的质量比为20％～35％。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种电催化氧化填料的制备方法，包括以下步骤：S1、将陶土、硅藻土、膨润土混合，加入固化剂，制成球状固体，干燥，得到催化剂载体；S2、将步骤S1中得到的催化剂载体加入到Cu2+/Mn2+的混合溶液中，浸渍，干燥，得到填料前驱体；S3、将步骤S2中得到的填料前驱体进行焙烧，得到电催化氧化填料。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述陶土、硅藻土、膨润土的质量比为5～6∶2～3∶3～1；所述固化剂的质量与陶土、硅藻土、膨润土的质量总和的比例为0.05％；所述固化剂为硅胶溶液或水玻璃；所述固化剂的质量浓度为30％。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述Cu2+/Mn2+的混合溶液为乙酸铜和乙酸锰的混合溶液；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中Cu2+、Mn2+的摩尔比为1∶1～2；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中乙酸铜和乙酸锰的质量百分含量为10％；所述Cu2+/Mn2+的混合溶液的质量与所述步骤S1中陶土、硅藻土、膨润土的质量总和的比例为20％～35％。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述球状固体的粒径为2mm～50mm；所述干燥的温度为105℃；所述步骤S2中，所述浸渍的时间为8h；所述干燥的温度为105℃；。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种三维电催化氧化装置，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间填充有如上述的电催化氧化填料或上述制备方法制得的电催化氧化填料。上述的三维电催化氧化装置，进一步改进的，所述三维电催化氧化装置为圆柱体结构，中心以IrO2-RuO2/Ti棒为阳极，周围以不锈钢板为阴极。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种电催化氧化填料，由催化剂载体和金属催化剂溶液混合后经焙烧制得，其中催化剂载体为粘土矿物与固化剂的混合物，金属催化剂溶液为Cu2+/Mn2+的混合溶液。本专利技术中，金属催化剂经焙烧后生成金属氧化物，且金属氧化物与粘土矿物中的矿物元素聚合生产多聚物，具体来说，Cu2+/Mn2+与载体中的SiO2、Al2O3等高温反应生成了多聚物，Cu2+改善了粒子电极的催化活性，Mn2+具有良好的富集活化作用，两者协调作用，提高了粒子的催化活性、导电性和稳定性。相比现有普通填料(如陶土/氧化铜、陶土/氧化铜/氧化锌、CuO-ZnO多孔陶瓷、活性炭颗粒)，本专利技术电催化氧化填料具有更好的导电性、更低的能耗、更高的稳定性、更强的催化活性，且无需支持电解质等优点，作为三维电催化氧化装置的填料被广泛用于处理工业废水，有着较高的使用价值和较好的应用前景。(2)本专利技术电催化氧化填料中，以陶土、硅藻土、膨润土的混合物为粘土矿物，能够使填料气孔保持较好的均匀性，这是因为在高温下陶土气孔会出现急剧的收缩，加入不同膨胀系数的硅藻土、膨润土能够缓解这种收缩，且通过优化陶土、硅藻土和膨润土的质量比为5～6∶2～3∶3～1，使得气孔大小在控制0.1～0.4μm之间。(3)本专利技术电催化氧化填料中，将固化剂与粘土矿物的质量比优化为0.05％，能够有效固化粘土矿物，使其不易散体；将金属催化剂溶液与粘土矿物的质量比优化为20％～35％，使得粘土矿物能够最大限度的吸收金属催化剂，有利于制备性能更加优异的填料。(4)本专利技术电催化氧化填料中，以乙酸铜和乙酸锰的混合溶液，具有原料便宜、易得，水溶性好等优点，且优化了乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中Cu2+、Mn2+的摩尔比为1∶1～2，不仅有利于充分发挥Cu2+的催化活性，又协调发挥Mn2+得富集活化作用，使得二者的协同作用最高效。(5)本专利技术还提供了一种电催化氧化填料的制备方法，先将陶土、硅藻土、膨润土、固化剂制成催化剂载体，再将催化剂载体浸渍在Cu2+/Mn2+的混合溶液制成填料前驱体，最后将填料前驱体进行焙烧制备得到导电性好、能耗低、稳定性高、催化活性强、无需支持电解质的电催化氧化填料。本专利技术制备方法具有工艺简单、操作方便、易于控制、原料成本低、耗能少、耗时短、绿色环保等优点，适于连续大规模批量生产，便于工业化利用，在功能性材料的制备方面展现了良好的应用前景。(5)本专利技术还提供了一种三维电催化氧化装置，包括阳极和阴极，且阳极和阴极之间填充有电催化氧化填料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电催化氧化填料，其特征在于，所述电催化氧化填料是由催化剂载体和金属催化剂溶液混合后经焙烧制得；所述催化剂载体为粘土矿物与固化剂的混合物；所述金属催化剂溶液为Cu

【技术特征摘要】
1.一种电催化氧化填料，其特征在于，所述电催化氧化填料是由催化剂载体和金属催化剂溶液混合后经焙烧制得；所述催化剂载体为粘土矿物与固化剂的混合物；所述金属催化剂溶液为Cu2+/Mn2+的混合溶液。


2.根据权利要求1所述的电催化氧化填料，其特征在于，所述粘土矿物为陶土、硅藻土、膨润土的混合物；所述陶土、硅藻土和膨润土的质量比为5～6∶2～3∶3～1。


3.根据权利要求2所述的电催化氧化填料，其特征在于，所述固化剂为硅胶溶液或水玻璃；所述固化剂的质量浓度为30％；所述固化剂与粘土矿物的质量比为0.05％。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的电催化氧化填料，其特征在于，所述金属催化剂溶液为乙酸铜和乙酸锰的混合溶液；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中Cu2+、Mn2+的摩尔比为1∶1～2；所述乙酸铜和乙酸锰的混合溶液中乙酸铜和乙酸锰的质量百分含量为10％；所述金属催化剂溶液与粘土矿物的质量比为20％～35％。


5.一种电催化氧化填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将陶土、硅藻土、膨润土混合，加入固化剂，制成球状固体，干燥，得到催化剂载体；
S2、将步骤S1中得到的催化剂载体加入到Cu2+/Mn2+的混合溶液中，浸渍，干燥，得到填料前驱体；
S3、将步骤S2中得到的填料前驱体进行焙烧，得到电催化氧化填料。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈灿，陈明，曹金艳，干兴利，马林，张燕，秦岳军，刘欢，钟若楠，张海涛，
申请(专利权)人：湖南海利常德农药化工有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43