一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法及配套的平板式臭氧氧化反应器技术

本发明专利技术提供了一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法及其平板式臭氧氧化反应器，其利用细棉线和玻璃纤维丝和/或不锈钢丝作为纺线芯材制备催化剂所需的载体布料，然后在该布料上吸附催化剂前驱体后经煅烧得到基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂以及搭建配套的平板式臭氧氧化反应器。本发明专利技术所述催化剂负载材料经过吸附催化剂前驱物后在煅烧转化催化剂有效组分的同时制得陶瓷基和碳基混合负载材料，吸附效果好，另平板式氧化反应器通过平行叠加形式构成催化剂模块，既能实现均匀布水布气，又能避免采用粒状催化剂负载材料在使用过程中由于摩擦碰撞造成的催化剂有效成分损失和使用时间不长的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法及配套的平板式臭氧氧化反应器
本专利技术涉及环保及水处理工程
，具体而言，涉及一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法及其配套的平板式臭氧氧化反应器。
技术介绍
工业废水中的有机物很多都具有生物毒性且较稳定，使得常规的生物处理不足以实现达标处理。由于臭氧氧化具有较强的氧化效果，在水处理领域被广泛关注。但由于臭氧与有机物的反应具有一定选择性，且臭氧在水中的溶解度和稳定性较低，造成了臭氧利用率较低和投加量较高等问题，限制了臭氧氧化技术在当前工业废水深度处理领域中的应用。催化臭氧氧化技术利用催化剂可以促进氧化电位高达2.80V的无选择性羟基自由基的产生，增加间接氧化途径在对有机物降解过程中所占的比重和提高去除效果。常见应用的臭氧催化氧化技术按催化剂的相态分为均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化。均相催化臭氧氧化法是通过向反应体系中投加液体催化剂(主要是具有催化能力的溶解性金属离子)来催化臭氧分解产生更高活性电位的羟基自由基(·OH)，由于均相催化存在着催化剂易流失、回收困难、使用寿命短、能耗高、易造成二次污染等缺点，因而在工业废水处理领域中绝大部分多使用更稳定耐用的非均相催化剂。非均相催化臭氧氧化是利用臭氧氧化和固体催化剂的协同作用达到深度氧化、最大限度去除难降解污染物的技术。其降解作用机理主要有两种：一是固体催化剂促使臭氧分解并产生高活性的羟基自由基，从而氧化降解臭氧本身难降解的有机物，提高体系COD和TOC的去除率；二是吸附和催化协同作用，在高湿度条件或者是液相条件下，水分子会在金属氧化物表面发生解离吸附生成H+和OH－。常见的非均相催化剂以过渡金属氧化物及其固体负载型催化剂为主。在使用中非均相负载型催化剂主要采用活性炭和氧化铝，一般采用小颗粒载体负载金属氧化物实现。但是在工程应用中由于臭氧及空气、载体、污水的气固水三相在较剧烈状态下的混合或搅拌使得固体载体颗粒之间发生摩擦，加大了催化剂载体的损耗、有效负载成分损失，以及摩擦粉末产生结块、载体表面孔隙堵塞等问题，最终加快了催化剂失效的过程。因此对非均相催化剂的研究在提升结构稳定性和降低活性组分团聚程度上非常迫切。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法及配套平板式臭氧氧化反应器，以减少采用粒状催化剂负载材料在使用过程中由于摩擦碰撞造成的催化剂有效成分损失和使用时间不长的问题。第一方面，本专利技术提供了一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，具体通过以下技术方案来实现：一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，经过下列步骤：(1)催化剂载体原料的制备：选用直径为0.2～0.5mm的细棉线和直径为0.1～0.3mm的玻璃纤维丝和/或不锈钢丝组合作为纺线芯材，混合陶瓷纤维经纺纱机制成直径为1.5～2mm的陶瓷纤维线，再将制得的陶瓷纤维线经织布机采用十字交叉法制成含有棉纤维和陶瓷纤维的布料以作为催化剂载体原料，并烘干保存；(2)金属氧化物前驱体的吸附：将制得的所述陶瓷/棉纤维布料置于一容器中，采用浸渍法在所述容器内加入金属氧化物的前驱体溶液使得所述陶瓷/棉纤维布料吸附所述溶液中的金属氧化物前驱体，待吸附金属氧化物前驱体后经晾晒或干燥处理第一次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；(3)陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂的制备：将吸附有金属氧化物前驱体的所述陶瓷/棉纤维布料放入封闭缺氧环境下的煅烧炉中，以10℃/min升温至100～105℃并保温0.5～1h，第二次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；以5℃/min升温至250～300℃并保温2-4h，以碳化所述陶瓷/棉纤维布料中的棉线使其转化为碳纤维，以生成以陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体，实现了碳基材料的混合固定；以2～5℃/min升温至500～600℃并保温2～8h，促使步骤二中吸附的所述催化剂前驱体完成分解生成金属氧化物，并吸附在所述陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体上；以2℃/min降温至220～250℃并保温1h进行老化处理；最后以1～2℃/min降温至室温，即得到以陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂。进一步地，所述以陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体上的负载金属氧化物为铁、锰、铜、镍、钴氧化物中的一种或多种。进一步地，所述含有棉纤维和陶瓷纤维的布料厚度为1.5～3mm，宽度为1～3m。进一步地，所述金属氧化物的前驱体溶液为硝酸锰溶液。进一步地，所述硝酸锰溶液的浓度为120g/L。第二方面，本专利技术还提供了一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂平板式臭氧氧化反应器，包括：反应器主体：所述反应器主体1由上而下依次设置有相互配合工作的布水板及爆破器5、下层催化剂模块6和上层催化剂模块7；所述布水板及爆破器5连通一气液混合器3的出口，所述气液混合器3还设置有一进水口并与一臭氧制备器2相连通；所述上层催化剂模块7设置有一出水口并与一臭氧破坏器4相连通。进一步地，所述上层催化剂模块7及所述下层催化剂模块6设置有平板式布置的以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂。进一步地，以平板式布置的陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料以钢棒作为支撑杆平板式展开并将其上下两端布料围绕扁钢后用陶瓷和/或玻璃纤维线缝合固定。进一步地，所述上层催化剂模块7及所述下层催化剂模块6以一不锈钢矩形框为主体，所述不锈钢矩形框上下两端设置有固定槽，所述以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料的支撑杆以上下两端各一根的形式固定在所述固定槽内，所述以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料之间平行布置及堆叠。进一步地，所述以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料之间的空隙层为2～15mm，所述以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料设置有50～200块，所述上层催化剂模块7及所述下层催化剂模块6长度为1.5～3.2m，宽度为1.1～1.7m，高度为1～3m。进一步地，所述上层催化剂模块7与所述下层催化剂模块6的以陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂布料的布置方向垂直交叉。现有技术中陶瓷纤维生产得到的纤维长度一般只有8-30mmm，难以直接纺纱制线，因此本技术中以玻璃纤维或钢丝做骨架提高强度，棉纤维作为中间接触媒介让较短的陶瓷纤维围绕中间接触媒介互相缠绕得到具有足够强度的陶瓷纤维线，纺织得到所需的催化剂负载布料，由于陶瓷纤维和棉纤维吸水性好，因此本技术采用陶瓷纤维和棉纤维混合构建催化剂前驱物负载体能经浸渍法吸附足够的前驱物，再经缺氧条件下的煅烧后，棉纤维得以碳化的同时催化剂前驱物也转化为催化剂有效组分，这样就制得了基于陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂；混合了纤细陶瓷基纤维和碳基纤维的催化剂载体两种组分本身性质比表面积大，陶瓷纤维线和碳纤维(直径在3-20um)呈毛线状在布状平板式上展开，可以更好的促进催化作用。另一方面，所述基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂平板式臭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于，经过下列步骤：/n(1)催化剂载体原料的制备：选用直径为0.2～0.5mm的细棉线和直径为0.1～0.3mm的玻璃纤维丝和/或不锈钢丝组合作为纺线芯材，混合陶瓷纤维经纺纱机制成直径为1.5～2mm的陶瓷纤维线，再将制得的陶瓷纤维线经织布机采用十字交叉法制成含有棉纤维和陶瓷纤维的布料以作为催化剂载体原料，并烘干保存；/n(2)金属氧化物前驱体的吸附：将制得的所述陶瓷/棉纤维布料置于一容器中，采用浸渍法在所述容器内加入金属氧化物的前驱体溶液使得所述陶瓷/棉纤维布料吸附所述溶液中的金属氧化物前驱体，待吸附金属氧化物前驱体后经晾晒或干燥处理第一次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；/n(3)陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂的制备：将吸附有金属氧化物前驱体的所述陶瓷/棉纤维布料放入封闭缺氧环境下的煅烧炉中，以10℃/min升温至100～105℃并保温0.5～1h，第二次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；以5℃/min升温至250～300℃并保温2-4h，以碳化所述陶瓷/棉纤维布料中的棉线使其转化为碳纤维，以生成以陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体，实现了碳基材料的混合固定；以2～5℃/min升温至500～600℃并保温2～8h，促使步骤二中吸附的所述催化剂前驱体完成分解生成金属氧化物，并吸附在所述陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体上；以2℃/min降温至220～250℃并保温1h进行老化处理；最后以1～2℃/min降温至室温，即得到以陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于，经过下列步骤：
(1)催化剂载体原料的制备：选用直径为0.2～0.5mm的细棉线和直径为0.1～0.3mm的玻璃纤维丝和/或不锈钢丝组合作为纺线芯材，混合陶瓷纤维经纺纱机制成直径为1.5～2mm的陶瓷纤维线，再将制得的陶瓷纤维线经织布机采用十字交叉法制成含有棉纤维和陶瓷纤维的布料以作为催化剂载体原料，并烘干保存；
(2)金属氧化物前驱体的吸附：将制得的所述陶瓷/棉纤维布料置于一容器中，采用浸渍法在所述容器内加入金属氧化物的前驱体溶液使得所述陶瓷/棉纤维布料吸附所述溶液中的金属氧化物前驱体，待吸附金属氧化物前驱体后经晾晒或干燥处理第一次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；
(3)陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂的制备：将吸附有金属氧化物前驱体的所述陶瓷/棉纤维布料放入封闭缺氧环境下的煅烧炉中，以10℃/min升温至100～105℃并保温0.5～1h，第二次去除所述陶瓷/棉纤维布料上的水分；以5℃/min升温至250～300℃并保温2-4h，以碳化所述陶瓷/棉纤维布料中的棉线使其转化为碳纤维，以生成以陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体，实现了碳基材料的混合固定；以2～5℃/min升温至500～600℃并保温2～8h，促使步骤二中吸附的所述催化剂前驱体完成分解生成金属氧化物，并吸附在所述陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体上；以2℃/min降温至220～250℃并保温1h进行老化处理；最后以1～2℃/min降温至室温，即得到以陶瓷基和碳基混合体作为载体的催化剂。


2.根据权利要求1所述的基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于，所述以陶瓷/碳纤维为混合的催化剂载体上的负载金属氧化物为铁、锰、铜、镍、钴氧化物中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于，所述含有棉纤维和陶瓷纤维的布料厚度为1.5～3mm，宽度为1～3m。


4.根据权利要求1所述的基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于，所述金属氧化物的前驱体溶液为硝酸锰溶液。


5.根据权利要求4所述的基于陶瓷基与碳基混合体作为载体的催化剂制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓欢欢，张选军，葛利云，周奇俊，胡润麟，王颖，张康宁，
申请(专利权)人：上海海庭环境工程有限公司，温州医科大学，
类型：发明
国别省市：上海;31