一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料及应用。催化滤料的成分包括锰的氧化物、铁的氧化物、二氧化硅、钙的氧化物、二氧化钛、三氧化二铬、氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝、氧化铷、氧化锶、银、镍和五氧化二磷中的至少两种。本发明专利技术还提供了催化滤料在废气、废水处理或土壤修复过程中作为催化剂的应用。本发明专利技术解决了现有氧化催化滤料存在高阻抗、催化效率低、能耗高和用量大的问题，同时扩展多元素配方，以使该技术适应包含多种元素的污泥和垃圾筛下物及焚烧后的飞灰的应用和资源化。源化。源化。

【技术实现步骤摘要】
一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料及应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料及应用。

技术介绍

[0002]在流体处理工艺中，装填的滤料为气液传质过程提供了重要场所，液相在滤料表面形成液膜，气相通过滤料层间空隙形成的流道不断流动，在流动过程中与不断更新的液膜相互作用，被催化物在气体和液体及滤料催化剂固相表面进行交互转换，实现多相催化。如，在降解污染物的过程中，在气相、液相和滤料中的催化剂会不断使污染物获得能量和增加与自由基的接触和反应机会，从而实现多相催化。
[0003]在现有的流体处理工艺中，对于气体而言，气体通过催化滤料时，流质不能高密度快速有效接触催化剂，且存在滤料层催化死角，从而导致了阻力大、能耗高和催化效率低的缺陷，且滤料的装填、反冲洗和再生都相对较困难。对于液体而言，也同样存在滤料阻力大的问题。例如，在臭氧
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生物活性炭工艺中，存在臭氧耗散率高、高级催化氧化效率低和生物膜压力大的问题，并面临臭氧冲击或氧浓度不够的双重压力。特别在水质水温不稳定的情况下，使得调控空间变得很狭隘，从而常出现处理不达标的情况。同时，在末端的臭氧不能被有效利用，必须使用臭氧破坏器进行清除，从而又增加了处理成本，降低了效率。因此，亟待研究一种多相高通量的催化滤料。
[0004]在实际研究中还发现，催化滤料的催化氧化性能与滤料的流体力学性质相关。而流体力学性质主要取决于滤料的骨架材料和最终形态结构。其中，骨架材料决定了滤料的坚固性耐磨性和可加工性；而滤料的形态结构是影响流体力学性质的核心因素。在一般的流体中，反应塔内滤料堆积约紧密、滤料比表面积越小，阻力越大。因此，增加滤料的比表面积，增加滤料的间隙空间，是减少流体阻力的关键。然而，滤料间隙空间过大，会造成滤料总面积与反应塔体积比的降低，导致催化面积减小，催化反应效率降低。另外，从流体的流速方面分析，在流速一定的情况下，滤料间隙中的涡流是催化反应的重要影响因素，其中，滤料间隙和滤料表面及内部的微纳米孔隙径流可促进深度空间利用，以扩大催化反应和提高催化效率。因此，滤料的形态结构和尺寸也是影响催化滤料催化性能的关键因素之一。
[0005]在环保领域里，在废气处理、自来水处理、污水处理所形成的污泥，以及土壤修复、垃圾处理等固废处理中的终端固体产物，其资源化是目前人类面临的重大环保瓶颈。因此，发现更多的催化剂可选元素，发掘更多的催化元素及其配方，使环保处理终端产物中的各种元素得到尽量多的使用，该本专利技术技术适应包含多种元素的污泥和垃圾筛下物及焚烧后的飞灰的资源化，是本项技术研发的另一个重要背景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料及应用，以解决现有氧化催化滤料存在高阻抗、催化效率低、能耗高和用量大的问题，同时扩展多元
素配方，以使该技术适应包含多种元素的污泥和垃圾筛下物及焚烧后的飞灰的应用和资源化。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，催化滤料的成分包括锰的氧化物、铁的氧化物、二氧化硅、钙的氧化物、二氧化钛、三氧化二铬、氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝、氧化铷、氧化锶、银、镍和五氧化二磷中的至少两种。
[0009]其中，针对不同处理物质和根据不同处理工序、处理环境等工况条件以及后处理后的达标标准，根据处理物料和工况需要各以微量(例如0.01％w/w)到单独使用(100％w/w)的组合为最终催化滤料配方。
[0010]混合成分，有利于提高催化滤料表面组分间的不同凸凹程度，并形成多态性亲和和酸碱环境，特别是对某些相同功能的组分的催化剂的中毒形成多态性抗性或忍耐度，在复杂使用环境下维持较稳定的抗老化催化能力。
[0011]优选的，所述催化滤料的成分包括催化剂成分和滤料骨架成分；
[0012]当催化剂成分为过氧化钙时，滤料骨架成分为三氧化二铬、二氧化锰、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铜、氧化锌、氧化铷、氧化锶、三氧化二铝、银、镍、二氧化硅和五氧化二磷。
[0013]优选的，当催化剂成分为二氧化锰时，滤料骨架成分为二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锰、五氧化二磷、氧化锶和三氧化二铝。
[0014]优选的，当催化剂成分为二氧化钛时，滤料骨架成分为三氧化二铬、二氧化锰、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铜、氧化锌、氧化铷、氧化锶、三氧化二铝、银、镍、二氧化硅和五氧化二磷。
[0015]优选的，当催化剂成分为二氧化硅时，滤料骨架成分为二氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化锰、五氧化二磷、氧化锶和三氧化二铝。
[0016]优选的，当催化剂成分为过氧化钙时，滤料骨架成分，按重量份计为：0.1份的三氧化二铬、16份的二氧化锰、16份的氧化铁、2.5份的四氧化三铁、2.5份的三氧化二铁、0.1份的氧化铜、0.1份的氧化锌、0.1份的氧化铷、0.1份的氧化锶、2.5份的三氧化二铝、0.1份的银、0.1份的镍、0.1份的二氧化硅和0.1份的五氧化二磷。
[0017]过氧化钙为白色或淡黄色结晶性粉末，难溶于水，不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于稀酸生成过氧化氢，在湿空气或水中会逐渐缓慢地分解而长时间释放氧气，是本身无毒、环境友好的一种用途广泛的优良供氧剂，可用于鱼类养殖、农作物栽培、废气、污水污泥处理和土壤处理等多个方面。由于其自身消耗，因此在工况属于短期和可补充时使用，按照所处理气体、液体和固体的特性。因此，将过氧化钙作为催化剂成分制成的催化滤料的迁移范围和催化反应活性中心稳定在污染密集区，形成持久的接触处理带。单颗粒平均直径可根际流速、阻力限制、滤料组分和载体形态、摩擦损耗和自身损耗设定以控制时限。通常情况下，过氧化钙颗粒以粒径为1
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3毫米整合在滤料骨架的表面。
[0018]优选的，当催化剂成分为二氧化锰时，滤料骨架成分，按重量份计为：0.1份的二氧化硅、16份的氧化镁、16份的氧化钙、5份的氧化锰、0.1份的五氧化二磷、0.1份的氧2.5份的化锶和2.5份的三氧化二铝。
[0019]二氧化锰是两性氧化物，分子呈八面体结构，它是一种常温下非常稳定的黑色粉
末状固体。二氧化锰在酸性介质中是一种强氧化剂。一般用作过氧化氢分解制氧气时的催化剂，但是二氧化锰的催化作用受其中毒的影响，因此，本申请中，通过以二氧化锰作为催化剂成分，并加入滤料骨架制成的催化滤料，不仅可以催化过氧化氢产生羟基自由基，还有效降低了催化剂的极化电阻，从而弥补了二氧化锰的中毒，延长了整体的催化时效。例如，在四环素的二氧化锰基降解的高级氧化催化反应中，Cl
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和NO3‑
会不同程度地抑制体系内四环素的降解，从而显示二氧化锰中毒，通过混合加入的滤料骨架，可有效增加催化剂的表面羟基自由基数量，降低催化剂的极化电阻，弥补二氧化锰的中毒，延长整体催化时效。
[0020]优选的，当催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，催化滤料的成分包括锰的氧化物、铁的氧化物、二氧化硅、钙的氧化物、二氧化钛、三氧化二铬、氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝、氧化铷、氧化锶、银、镍和五氧化二磷中的至少两种。2.根据权利要求1所述的低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，所述催化滤料的成分包括催化剂成分和滤料骨架成分；当催化剂成分为过氧化钙时，滤料骨架成分为三氧化二铬、二氧化锰、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铜、氧化锌、氧化铷、氧化锶、三氧化二铝、银、镍、二氧化硅和五氧化二磷。3.根据权利要求2所述的低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，当催化剂成分为二氧化锰时，滤料骨架成分为二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锰、五氧化二磷、氧化锶和三氧化二铝。4.根据权利要求2所述的低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，当催化剂成分为二氧化钛时，滤料骨架成分为三氧化二铬、二氧化锰、氧化铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铜、氧化锌、氧化铷、氧化锶、三氧化二铝、银、镍、二氧化硅和五氧化二磷。5.根据权利要求2所述的低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，当催化剂成分为二氧化硅时，滤料骨架成分为二氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化锰、五氧化二磷、氧化锶和三氧化二铝。6.根据权利要求2所述的低阻抗、高孔隙率的多相高级氧化催化滤料，其特征在于，当催化剂成分为过氧化钙时，滤料骨架成分，按重量份计为：0.1份的三氧化二铬、16份的二氧化锰、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涵，姜智康，张可轩，顾卫平，张玉苗，
申请(专利权)人：徐涵，
类型：发明
国别省市：