一种硅铝基臭氧氧化催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种硅铝基臭氧氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）取原始硅藻土并加入氢氧化钠溶液，搅拌碱化后，过滤，得到的硅藻土，用清水洗涤至呈弱碱性后，风干至恒重；2）将碱化后的硅藻土进行焙烧活化；3）将氧化铝粉末添加至步骤2）的硅藻土中，搅拌混合均匀，将铁盐和锰盐的混合溶液倒入，调节搅拌使混合物成为浆糊状，分制成颗粒状物质；4）将颗粒状物质干燥，恒重后放入马弗炉中焙烧，自然冷至室温，得到催化剂。本发明专利技术制备工艺简单、制备成本低、催化效果好、使用寿命长且绿色环保。使用寿命长且绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种硅铝基臭氧氧化催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环境工程
，具体涉及一种硅铝基臭氧氧化催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着近代工业，尤其是煤化工、石油化工、精细化工、纺织印染、医药农药、制浆造纸、焦化、新能源等产业的迅速发展，各种难降解有机废水日益增多，这类废水通常具有有机物浓度高、盐含量高等特点，处理难度大。
[0003]降解上述废水中有机物的方法主要有光催化氧化法、电解法、芬顿氧化法及臭氧催化氧化法等。其中光催化氧化法对废水水质色度要求高，催化降解效率较低，且运行成本高，工程应用少；电解法存在电极价格昂贵且电极寿命低的缺点，制约了电解法在高盐废水领域的推广使用；光芬顿氧化法在氧化过程中需不断调节pH，同时该过程易产生铁泥，增加出水盐含量及增加膜浓缩及蒸发结晶的负荷，一般不适于高盐废水难降解有机物的去除。
[0004]相比上述方法，臭氧催化氧化法通过产生氧化能力更强的
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OH（羟基自由基）的方式去除废水中的难降解有机物，作为一种清洁高效的水处理技术，被广泛用于工业废水的深度处理。臭氧具有较高的氧化电位，在水中分解后可产生羟基自由基等氧化性更强的物质，能够有效地去除废水中难于生化降解的有机污染物。由于臭氧与不同污染物反应速率相差较大，单独臭氧氧化处理废水时有机物矿化率较低。而相比于单独臭氧氧化，添加催化剂对废水的COD处理效率有很大提高。同时，非均相催化臭氧氧化技术以工艺简单、易于操作、催化剂制备简单、易于回收、无二次污染等诸多优势，完胜均相催化臭氧氧化技术，一举成为近几年研究的热点。
[0005]工程上常用的非均相催化剂主要有金属氧化物 (如Al2O3、FeOOH、MnO2等)以及负载型金属氧化物 (如Cu、Co 等负载在Al2O3、活性碳等固相载体上). 氧化铝作为一种催化剂载体而被广泛使用，但由于单一的氧化铝对于大多数反应催化效率较低，故目前大多数研究主要是在氧化铝载体上负载各种活性组分以提高其催化效率。针对臭氧催化氧化工艺仍存在处理成本高、催化剂催化活性低和臭氧利用率低等问题，本研究利用环保材料与氧化铝混合制备新型催化剂，以期有效提高臭氧利用率、降低处理成本。

技术实现思路

[0006]针对目前单独臭氧氧化法处理废水时有机物矿化率较低，臭氧催化氧化技术存在处理成本高、催化剂催化活性低和臭氧利用率低等问题，本专利技术提供一种硅铝基臭氧氧化催化剂及其制备方法，通过硅铝基臭氧氧化催化剂的催化氧化作用，去除废水中COD，催化剂的制备工艺简单、制备成本低、催化效果好、使用寿命长且绿色环保。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种硅铝基臭氧氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）取原始硅藻土并加入氢氧化钠溶液，搅拌碱化后，过滤，得到的硅藻土，用清水
洗涤至呈弱碱性后，风干至恒重；2）将碱化后的硅藻土进行焙烧活化；3）将氧化铝粉末添加至步骤2）的硅藻土中，搅拌混合均匀，将铁盐和锰盐的混合溶液倒入，调节搅拌使混合物成为浆糊状，分制成颗粒状物质；4）将颗粒状物质干燥，恒重后放入马弗炉中焙烧，自然冷至室温，得到催化剂。
[0008]进一步地，所述原始硅藻土和氢氧化钠溶液的质量和体积比为1:4~10。其中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.2~1.2mol/L。
[0009]进一步地，所述碱化过程为：在40~70℃下搅拌碱化4~9h。进一步地，所述碱化过程为：在60℃下搅拌碱化5h。
[0010]进一步地，所述焙烧活化的过程为碱化后的硅藻土进行焙烧活化，先升温至160~180℃干燥15~60min，加热至第一阶梯250~280℃30~60min，加热至第二阶梯300~350℃30~60min，加热至第三阶梯400~450℃120~240min；缓慢降至80~120℃。进一步地，所述焙烧活化的过程为碱化后的硅藻土进行焙烧活化，先升温至160℃干燥40min，加热至第一阶梯260℃40min，加热至第二阶梯350℃30min，加热至第三阶梯450℃200min；缓慢降至100℃。本专利技术采用碱化活化+焙烧活化的方式对硅藻土进行活化改性，脱除硅藻土中原本结合的水、钠等其他杂质，使得硅藻土的孔隙及比表面积增大，改性后的硅藻土具有丰富的孔隙结构，利于后续氧化铝、氧化铁和氧化锰的附着，使得材料的催化性能大大提升。通过碱化活化，使得硅藻土表面的酸性基团降解，碱性基团增加，有助于促使臭氧分解更多的羟基自由基；通过焙烧活化，消除水的结合，增强硅藻土与铁、锰和铝的结合力。
[0011]进一步地，所述氧化铝和焙烧后的硅藻土的重量比为1:2。
[0012]进一步地，所述氧化铝和硅藻土的混合固体与铁盐和锰盐的混合溶液之间的质量和体积比为3:5~20。
[0013]进一步地，所述铁盐选自硝酸铁、硫酸铁、碳酸铁、醋酸铁中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述锰盐选自硝酸锰、硫酸锰、碳酸锰、醋酸锰中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述铁盐和锰盐的摩尔比为1:5。
[0016]进一步地，所述颗粒状物质的粒径在2
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8mm。进一步优选为5mm。
[0017]进一步地，步骤4）中所述干燥是指在烘箱中100~120℃干燥4~6h。进一步地，优选在105℃干燥6h。
[0018]进一步地，步骤4）中所述焙烧是指以5/min的速率升温到至第一阶梯350~380℃30~60min，加热至第二阶梯600~650℃30~60min，加热至第三阶梯800~850℃焙烧1~8h，马弗炉中自然冷至室温。经过焙烧，将易挥发的组分除掉，使得氧化铁、氧化锰和氧化铝完整保留，使得催化剂的活性稳定。在低温时，使得铁盐、锰盐分解，随着温度阶梯的不断提升，使得分解反应持续进行，将一些杂质除掉，使得金属的催化活性升高，后续配合臭氧进行催化氧化废水中COD的效果好。
[0019]进一步地，步骤4）中所述焙烧是指以5/min的速率升温到至第一阶梯380℃30min，加热至第二阶梯600℃50min，加热至第三阶梯800℃焙烧8h，马弗炉中自然冷至室温。
[0020]一方面，本专利技术提供一种硅铝基臭氧氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）取原始硅藻土置于烧杯中，并加入0.2~1.2mol/L的氢氧化钠溶液，两者质量和体积比为1:4~10，在40~70℃下搅拌碱化4~9h，过滤，得到的硅藻土用清水洗涤至呈弱碱性
后，风干至恒重；2）将碱化后的硅藻土进行焙烧活化，先升温至160~180℃干燥15~60min，加热至第一阶梯250~280℃30~60min，加热至第二阶梯300~350℃30~60min，加热至第三阶梯400~450℃120~240min；缓慢降至80~120℃；3）将氧化铝粉末按重量比为1:2添加至步骤2）的硅藻土中，搅拌混合均匀，温度保持在40
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60℃，将摩尔比为1:5的硝酸铁和硝酸锰的混合溶液倒入，按照固液质量和体积比为3:5~20，调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅铝基臭氧氧化催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取原始硅藻土并加入氢氧化钠溶液，搅拌碱化后，过滤，得到的硅藻土，用清水洗涤至呈弱碱性后，风干至恒重；将碱化后的硅藻土进行焙烧活化；将氧化铝粉末添加至步骤2）的硅藻土中，搅拌混合均匀，将铁盐和锰盐的混合溶液倒入，调节搅拌使混合物成为浆糊状，分制成颗粒状物质；将颗粒状物质干燥，恒重后放入马弗炉中焙烧，自然冷至室温，得到催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原始硅藻土和氢氧化钠溶液的质量和体积比为1:4~10；其中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.2~1.2mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱化过程为：在40~70℃下搅拌碱化4~9h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧活化的过程为碱化后的硅藻土进行焙烧活化，先升温至160~180℃干燥15~60min，加热至第一阶梯250~280℃30~60min，加热至第二阶梯300~350℃30~60min，加热至第三阶梯400~450℃120~240min；缓慢降至80~120℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝和焙烧后的硅藻土的重量比为1:2；所述氧化铝和硅藻土...

【专利技术属性】
技术研发人员：方志斌，赵婉，汤恕，彭云波，谭杰文，石春芬，
申请(专利权)人：湖南湘牛环保实业有限公司，
类型：发明
国别省市：