一种复极性三维电极催化剂填料及其制备方法技术

一种复极性三维电极催化剂填料及其制备方法，该复极性三维电极催化剂填料包括陶土、γ-Al2O3，所述陶土为70Wt%～90Wt%，γ-Al2O3为10wt%-30wt%；还含有金属活性组分，所述金属活性组分的含量为陶土和γ-Al2O3总量的3-10wt%。本发明专利技术还包括所述复极性三维电极催化剂填料的制备方法。本发明专利技术之复极性三维电极催化剂填料具有比表面积大、催化活性高、单位COD耗能低、活性组分不易流失、连续使用寿命长等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近些年来，随着国家经济的高速发展，特别是石化、印染、炸药、医药及农药等相关产业的发展和城市生活垃圾卫生填埋场的增多造成高浓度、难生化降解、有急性或慢性毒性的有机污染物及高浓度氨氮废水的排放量急剧增加。目前，此种废水的处理方法，主要有物理法、化学法、生物法等。物理法以吸附法和萃取法较为常见，但难以彻底处理且容易造成二次污染；化学法亦会引起二次污染；生物法是最经济、处理效率较高且环保的处理方法，但它只适合用来处理生物相容性的有机物。电化学氧化法是一种高级氧化技术，具有无二次污染、可控性较强、能耗低、反应 设备及其操作简单并且兼具有气浮、絮凝、杀菌作用，被誉为环境友好的绿色技术，正越来越受到重视。电化学氧化技术又可以简单的分为二维反应系统和三维反应系统。二维反应系统即传统的平板电极系统，传质效率低，比表面积小，造成电流效率降低，实际应用难以推广。上世纪六十年代末期，一些研究人员提出了三维反应系统的概念，在二维反应系统极板之间填装粒子或其它形状的具有电催化活性的材料形成另一极，增加反应电极面积，缩短传质距离，使得电流效率大大提高，在工业使用中推广潜力巨大，优势显著。在通电的情况下，三维电极催化剂填料得到活化，当将空气鼓入反应器后，空气中的氧气就能在活化了的三维电极催化剂填料上被某些活性组分还原为H2O2或直接转化为· 0H，H2O2被其他一些活性组分转化为· 0H，利用· OH的高氧化电位(2. 8V)将难降解的有机污染物氧化降解。三维电极催化剂填料是三维反应系统的关键组成部分，也是三维反应系统的研究热点。目前，主要以活性炭、改性活性炭、负载型Y-Al2O3、负载型分子筛、负载型陶瓷粒子作为三维电极催化剂填料，但这些填料存在以下缺陷活性炭阻抗小，填装到极板间时易形成短路电流，降低电流效率，活性炭颗粒还会出现粉化的现象；改性活性炭一般以涂膜和负载金属氧化物为主，但此种处理后大幅减少粒子的比表面积，且活性组分易流失，使催化活性降低；负载型Y-Al2O3和负载型分子筛具有很大的孔隙和比表面积，但也难以解决活性组分流失问题；负载型的陶瓷粒子表面被有机污染物覆盖和剥蚀造成活性组分的流失严重影响三维电极催化剂填料的催化活性和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种比表面积大，催化活性高，单位化学需氧量(COD)耗能低，活性组分不易流失，连续使用寿命长的复极性三维电极催化剂填料及其制备方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是本专利技术之复极性三维电极催化剂填料，包括陶土、Y-Al2O3，所述陶土为70 wt %-90wt %，Y -Al2O3为10wt%-30wt%;还含有金属活性组分，所述金属活性组分的含量为陶土和Y-Al2O3 总量的 3-10wt%。进一步，所述金属活性组分的组成为铁10_40wt%、铜5_30wt%、镍3_5wt%、锌4-llwt%、钴l-3wt%、锰5-15wt%、锡3_12wt%、锑7_9wt%和铈l_5wt%，各组分重量百分数之和为100%ο 进一步，所述复极性三维电极催化剂填料为直径4-10mm的球状粒子。本专利技术之复极性三维电极催化剂填料的制备方法，包括以下步骤先按配比陶土70-90wt%、Y -Al2O3 10-30wt%称取陶土和Y-Al2O3，接着往所称取陶土中加入相当于陶土重量50-100%的水，搅拌成膏状，然后加入所称取的Y -Al2O3,搅拌均匀，再加入金属活性组分，所述金属活性组分的重量相当于陶土与Y-Al2O3总重量的3-10%，搅拌均匀，最后制成直径4-10mm的球状粒子，干燥、焙烧，即成。进一步，所述金属活性组分的组成为铁10_40wt%、铜5_30wt%、镍3_5wt%、锌4-llwt%、钴l-3wt%、锰5-15wt%、锡3_12wt%、锑7_9wt%和铈l_5wt%，各组分重量百分数之和为100%ο进一步，铁的加入形式可为硝酸铁、氯化铁或三氧化二铁，铜的加入形式可为硝酸铜、氯化铜或氧化铜，镍的加入形式可为硝酸镍或硫酸镍，锌的加入形式可为硝酸锌或氧化锌，钴的加入形式可为硝酸钴，锰的加入形式可为硝酸锰或二氧化锰，锡的加入形式可为四氯化锡或二氧化锡，锑的加入形式可为三氯化锑或三氧化二锑，铈的加入形式可为硝酸亚铈或二氧化铈。 进一步，干燥温度优选90-120°C，干燥时间为2-4h。进一步，焙烧温度优选800-1200°C，焙烧时间为3_5h。本专利技术之复极性三维电极催化剂填料，通过加入Y-Al2O3对陶土进行改性，并加入金属活性组分，有效提高了陶瓷基体的机械强度、耐酸碱性能、稳定性、比表面积等特性，与一般陶瓷载体相比，有更大的吸附容量；金属活性组分的加入使得催化活性提高，能更快地将小分子矿化，将大分子转化为小分子，提高有机废水的可生化性，也使得活性组分更好的分布于基体上，降低使用时活性组分的流失，提高三维电极催化剂填料的使用寿命。 本专利技术之复极性三维电极催化剂填料的制备方法，将改性陶瓷基体和金属活性组分在800-1200°C下一体烧结而成。利用该方法所制得的复极性三维电极催化剂填料，在长期使用后，表面有些区域被有机污染物覆盖时，可以在烧结温度下重新活化，大大提高三维电极催化剂填料的使用寿命。综上所述，本专利技术之复极性三维电极催化剂填料，比表面积大，催化活性高，单位化学需氧量(COD)耗能低，活性组分不易流失，连续使用寿命长，适用于难降解、毒性大、高浓度有机污染物及高浓度氨氮的废水处理。附图说明图I 二维和三维电极电催化氧化降解有机物的效果对比 其中横轴表示反应时间，单位min ;纵轴表示废水COD去除率，单位％ -代表二维电催化氧化体系COD去除率，-·-代表实施例I三维电极催化剂填料组成三维电催化氧化体系COD去除率，-A-代表实施例2三维电极催化剂填料组成三维电催化氧化体系COD去除率，-▼-代表实施例3 二维电极催化剂填料组成二维电催化氧化体系COD去除率，--代表实施例4三维电极催化剂填料组成三维电催化氧化体系COD去除率，--代表实施例5三维电极催化剂填料组成三维电催化氧化体系COD去除率； 图2三维电催化氧化装置示意图。其中A为阳极，B为阴极，C为三维电极催化剂填料，D为曝气管。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例I 本实施例之复极性三维电极催化剂填料，包括陶土、Y-Al2O3 ;所述陶土 90 wt %, Y-Al2O3 IOwt %，另含金属活性组分，金属活性组分的含量为陶土和Y-Al2O3总量的3wt%。所述金属活性组分的组成为铁20wt%、铜30wt%、镍5wt%、锌10wt%、钴3wt%、猛12wt%、锡 10wt%、铺 8wt%,铺 2wt%。所述复极性三维电极催化剂填料为直径IOmm的球状粒子。制备方法，包括以下步骤先按配比陶土 90wt%、Y -Al20310wt%称取陶土和Y-Al2O3，接着往所称取的陶土中加入相当于陶土重量67%的水，搅拌成膏状，然后加入所称取的Y-Al2O3，搅拌均匀，再加入相当于陶土和Y-Al2O3总重量3%的金属活性组分，所述金属活性组分的组成为铁20wt%、铜30wt%、镍5wt%、锌10wt%、钴3wt%、猛12wt%、锡10wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复极性三维电极催化剂填料，其特征在于：包括陶土、γ？Al2O3，所述陶土为70？wt%？90？wt%，γ？Al2O3？为10wt%？30wt%；还含有金属活性组分，所述金属活性组分的含量为陶土和γ？Al2O3总量的3？10wt%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟勇，李明，殷杰，黄力华，尹笃林，毛丽秋，钟文周，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：