一种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法及其应用，包括步骤：按设定质量比例将氧化铝干基粉末和活性炭粉末置于捏合槽中，按设定转动速率进行捏合，混合均匀，得到混合粉体。本发明专利技术的有益效果是：解决了过硫酸盐催化剂性能较差、制备工艺复杂的问题；制备的稀土金属元素修饰的铝碳复合负载Fe

【技术实现步骤摘要】
一种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于工业有机废水处理技术和环保新材料领域，尤其涉及一种高效活化过硫酸盐的铝碳复合载体负载型多相催化剂制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]煤化工废水主要来源于焦化、气化和液化等工艺，废水中含有大量的多环芳烃、杂环化合物、氨氮、氰化物和硫化物等难降解的有毒有害物质，化学需氧量COD一般在2000～4000mg/L之间，且可生化性差。此外，由于煤化工废水含有具备大量显色基团的有机物以及不溶固体颗粒，导致废水具备较高的色度和浊度。针对煤化工废水的高有机碳、高氨氮和高盐特点，采用传统的污水处理方法难以达到较好的煤化工废水处理效率。
[0003]活化过硫酸盐氧化法主要是利用过硫酸盐中的过硫酸根(S2O
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)或过硫酸氢根(HSO5‑
)在外来的作用下双氧键(O
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O)发生断裂，进而产生氧化性极强的硫酸根自由基(SO4·
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)来氧化降解有机污染物的一种高级氧化技术。与基于羟基自由基(OH
·
)的高级氧化技术相比，活化过硫酸盐氧化法具有更高的反应稳定性和更强的氧化能力，对pH等条件要求宽松，在有机物污染治理中具有独特的优势。
[0004]目前过硫酸盐活化存在较多的方法，热、紫外光、超声波等活化方式能耗高，反应条件苛刻；过渡金属离子活化虽然反应速率快、能耗低，但在实际应用将面临二次环境污染、难以回收利用、活化性能不稳定等问题；碱活化需要调节体系pH，增加设备的腐蚀风险。因此，亟需开发一种高效、绿色的过硫酸盐活化技术。
[0005]炭材料作为一种绿色材料，研究表明炭材料中具备丰富的含氧官能团、π
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π*键以及碳基边缘的离域π电子等可作为主要活化位点和电子传递载体，能够实现过硫酸盐温和活化，性质稳定；而炭材料除了能够直接活化过硫酸盐之外，也适合作为催化剂的载体，通过负载金属氧化物从而有效地解决金属催化剂单独使用的缺点。
[0006]专利CN113198511研发了一种高效活化过硫酸盐的氮掺杂炭载Fe
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Co双金属单原子催化剂，通过配位作用将单原子Fe、Co锚定在氮掺杂炭载体上，具有超大的比表面积以及高密度单原子催化位点，并充分发挥Fe、Co双金属单原子协同作用，实现高效活化过硫酸盐快速降解水中有毒有害有机污染物。
[0007]专利CN110102291通过水热反应合成了一种锰氧化物/氧化锆复合物催化剂，主要用于活化过硫酸盐降解酸性橙废水，在pH值在中性和接近中性条件下50min内对酸性橙降解接近100％，且重复三次催化效果基本没有降低，表现出很好的催化效果。
[0008]专利CN113042058公开了一种以柚子皮作为炭源的生物质炭负载铁酸镁活化过硫酸盐催化剂的制备方法，将柚子皮烘干、粉碎、浸渍金属铁镁组分、沉淀、焙烧后即可得到催化剂。该催化剂能够有效催化过硫酸盐去除左氧氟沙星，具有制备简单、催化效率高、稳定性强等优点。
[0009]专利CN111790386公开了一种以自来水厂混凝污泥为原料制备催化剂的方法，混凝污泥先后经过水洗干燥，保护气氛围高温碳化得到热解产物，最后经过酸洗、干燥得到活
化过硫酸盐的催化剂，显示出良好的罗丹明B的去除效率，达90％以上。
[0010]专利CN112517026公开了一种由活性炭、硫粉组成活化过硫酸盐的非金属组合物制备方法，通过将活性碳、硫粉和球磨球加入到氧化锆球磨罐中经过24小时研磨，自然冷却最终得到硫掺杂碳纳米材料。该材料能够活化单过硫酸盐实现多种污染物的高效降解，4小时内，对磺胺甲氧嘧啶、双酚A和苯酚均能实现100％的去除。
[0011]然而，实际工业化装填的催化剂必须满足如下方面的条件：首先需要对催化剂粉体进行造粒成型以便于气液产物与催化剂实现原位快速分离；其次，足够的催化剂颗粒强度能够确保催化剂在实际运行过程中不出现粉化和流失，保证了工艺操作的稳定性，第三，涉及催化剂制备的工艺成熟、收率高、易于实现工艺放大；最后，制备催化剂的原料来源充足且原料性质稳定。
[0012]对于目前活化过硫酸盐的催化剂，由上述列举的公开专利可知，虽然他们制备的催化材料表现出良好的催化效果，但是仍旧无法满足工业化需求，例如；(1)现有技术开发过硫酸盐催化剂多数以粉体形式存在，或者成型过后强度差，容易出现催化剂粉化和流失，无法满足实际工况的稳定运行；(2)现有技术开发过硫酸盐催化剂为了提升催化效果，往往采用非常复杂的制备工艺或者修饰手段，仅只能实现克级规模制备，无法实现工艺工程放大生产大量催化剂；(3)现有技术开发过硫酸盐催化剂制备原材料来源复杂，或者需要经过繁琐预处理过程，性质稳定性无法得到保证，等等。因此，亟需研发一种过硫酸盐催化效率高且易于实现大规模制备的催化剂。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法及其应用。
[0014]这种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0015]步骤1、按设定质量比例将氧化铝干基粉末和活性炭粉末置于捏合槽中，按设定转动速率进行捏合，混合均匀，得到混合粉体；
[0016]步骤2、将按设定比例称取的稀土金属元素前驱体盐、铁盐和M过渡金属前驱体盐溶解于无机酸水溶液，得到稀土金属元素掺杂的Fe
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M双过渡金属酸性水溶液；将稀土金属元素掺杂的Fe
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M双过渡金属酸性水溶液逐步滴加至步骤1所得混合粉体中，通过设定时长的捏合，与载体充分接触，实现均匀分散，得到成熟面团；
[0017]步骤3、将步骤2得到的成熟面团通过挤出方式获得圆柱形条状催化剂，将圆柱形条状催化剂经过低温干燥后，在氮气氛围下逐步升温至高温进行焙烧，得到稀土金属元素修饰的铝碳复合高级氧化催化剂。
[0018]作为优选，步骤1中氧化铝干基粉末为铝溶胶、拟薄水铝石和氢氧化铝中的至少一种；活性炭粉末为煤质炭粉、木质炭粉和石油焦炭粉中的至少一种。
[0019]作为优选，步骤1中氧化铝干基粉末和活性炭粉末的质量比例为0.5～1。
[0020]作为优选，步骤2中稀土金属元素前驱体盐为硝酸镧或硝酸铈；铁盐为氯化铁、硝酸铁、柠檬酸铁、硫酸亚铁和醋酸铁中的至少一种；M过渡金属前驱体盐为钴盐、镍盐和锰盐中的至少一种。
[0021]作为优选，M过渡金属前驱体盐为钴、镍、锰的氯化盐、硝酸盐和硫酸盐中的至少一
种。
[0022]作为优选，铁盐和M过渡金属前驱体盐物质的量之比为1～2。
[0023]作为优选，步骤2中无机酸水溶液为稀释至硝酸的质量分数在3％～5％的稀硝酸水溶液。
[0024]作为优选，步骤3中将成熟面团通过高压液压挤出方式获得圆柱形条状催化剂，所得圆柱形条状催化剂的长度为5～10毫米，直径为3～5毫米，侧面抗压强度为80～150N/cm；将圆柱形条状催化剂在90～120本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、按设定质量比例将氧化铝干基粉末和活性炭粉末置于捏合槽中，按设定转动速率进行捏合，混合均匀，得到混合粉体；步骤2、将按设定比例称取的稀土金属元素前驱体盐、铁盐和M过渡金属前驱体盐溶解于无机酸水溶液，得到稀土金属元素掺杂的Fe
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M双过渡金属酸性水溶液；将稀土金属元素掺杂的Fe
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M双过渡金属酸性水溶液逐步滴加至步骤1所得混合粉体中，通过设定时长的捏合，得到成熟面团；步骤3、将步骤2得到的成熟面团通过挤出方式获得圆柱形条状催化剂，将圆柱形条状催化剂经过低温干燥后，在氮气氛围下逐步升温至高温进行焙烧，得到稀土金属元素修饰的铝碳复合高级氧化催化剂。2.根据权利要求1所述铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中氧化铝干基粉末为铝溶胶、拟薄水铝石和氢氧化铝中的至少一种；活性炭粉末为煤质炭粉、木质炭粉和石油焦炭粉中的至少一种。3.根据权利要求2所述铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中氧化铝干基粉末和活性炭粉末的质量比例为0.5～1。4.根据权利要求1所述铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2中稀土金属元素前驱体盐为硝酸镧或硝酸铈；铁盐为氯化铁、硝酸铁、柠檬酸铁、硫酸亚铁和醋酸铁中的至少一种；M过渡金属前驱体盐为钴盐、镍盐和锰盐中的至少一种。5.根据权利要求4所述铝碳复合高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于：M过渡金属前驱体盐为钴、镍、锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦刚华，卓佐西，刘春红，徐颜军，高强生，董莹，李宇航，杜凯敏，蒋书涵，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：