一種負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于污水處理催化氧化反應(yīng)器中的催化劑及其制備方法，具體涉及一種負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自2003年7月I日以后，國(guó)內(nèi)環(huán)境敏感地區(qū)的各類污水處理廠外排環(huán)境水體的水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918 - 2002)。時(shí)至今日，隨著環(huán)境污染壓力的遞增、全國(guó)各地方政府要求各類污水處理廠外排環(huán)境水體的水質(zhì)執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的“一級(jí)A”標(biāo)準(zhǔn)，特殊敏感地區(qū)甚至執(zhí)行比此標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]各類工業(yè)污水處理廠、工業(yè)園區(qū)污水處理廠、混入大量工業(yè)污水的市政污水處理廠采用常規(guī)的生化、物化工藝很難達(dá)到上述“一級(jí)A”標(biāo)準(zhǔn)，需要升級(jí)達(dá)標(biāo)改造。臭氧催化氧化或二氧化氯催化氧化污水處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于上述污水處理廠的升級(jí)達(dá)標(biāo)改造工程中。催化氧化工藝的原理是:在反應(yīng)塔或反應(yīng)池內(nèi)，臭氧或二氧化氯等化學(xué)氧化劑與污水中的有機(jī)污染物在催化劑表面接觸形成三相反應(yīng)體系，催化劑表面含有大量的羥基、酚羥基團(tuán)促使化學(xué)氧化劑生成高活性的羥基自由基[.ΟΗ]，[.ΟΗ]能與有機(jī)物發(fā)生激烈的化學(xué)氧化反應(yīng)，以分解或轉(zhuǎn)化難以生物降解的有機(jī)污染物。影響催化氧化技術(shù)處理效果的關(guān)鍵因素是催化劑的種類和質(zhì)量。
[0004]近些年來(lái)，隨著催化氧化技術(shù)在污水處理中廣泛應(yīng)用，人們對(duì)水處理用催化劑做了大量研宄工作，比較有代表性的技術(shù)成果有中國(guó)專利申請(qǐng)“一種吸附與裂化雙功能廢水處理催化劑的制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?00810225536，公開(kāi)日2009年3月18日)、“一種廢水處理催化劑及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?00910188129，公開(kāi)日2011年5月11日)、“一種水處理催化劑及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?01010526246，公開(kāi)日2011年4月6日)、“一種水處理催化劑及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用”(申請(qǐng)?zhí)?01210383426，公開(kāi)日2013年I月16日)等等，上述專利成果及產(chǎn)品的應(yīng)用為解決水處理行業(yè)升級(jí)達(dá)標(biāo)難題做出過(guò)突出貢獻(xiàn)。
[0005]以上專利成果從制備工藝上可分為兩類:第一類是載體表面噴涂法，將金屬氧化物的浸漬液噴涂到高溫活性炭表面，形成表面負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑；第二類是混合燒結(jié)法，將金屬氧化物粉末與陶土、稀土、黃泥或者粉末活性碳等載體物質(zhì)按比例混合、研磨、造粒、成型、干燥、高溫?zé)Y(jié)，制成顆粒狀的負(fù)載金屬氧化物的陶粒催化劑、活性炭催化劑等。表面噴涂法制得的催化劑，由于金屬氧化物只存在于載體表面，隨著使用中催化劑顆粒的磨損，載體表面金屬氧化物流失，催化劑很快失效?；旌蠠Y(jié)法制得的催化劑顆粒，金屬氧化物與載體物質(zhì)均勻混合，克服了由于磨損失效快的缺點(diǎn)，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑及其制備方法，該催化劑活性高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，適用于污水處理催化氧化反應(yīng)器中，該制備方法成本低、制造工藝簡(jiǎn)單。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑，其組分及重量百分比如下:
[0009]活性炭載體98.5-99% ；
[0010]金屬氧化物1-1.5%。
[0011]進(jìn)一步，所述的活性炭載體為煤質(zhì)柱狀活性炭，外形尺寸Φ4*15ι?πι，比表面積800-1200m2/g，總孔容積彡0.8cm3/g，吸附碘值彡650g/g，機(jī)械強(qiáng)度彡90kgf/cm2，堆積密度
0.6-0.65t/m3，含水率 5-8 %。
[0012]進(jìn)一步，所述的金屬氧化物包含以下種類中的一種或幾種:氧化銅、氧化鋅、氧化鎳、氧化鈦、氧化鈷、氧化錳、氧化釩。
[0013]如上所述的一種負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)用強(qiáng)酸將金屬氧化物溶解成金屬離子，加水調(diào)制成質(zhì)量濃度為1.2-1.7%的酸性溶液；
[0015](2)用上述酸性溶液浸泡活性炭載體，使金屬離子吸附到活性炭的孔隙中；
[0016](3)用堿性溶液浸泡上述活性炭，使活性炭孔隙中的金屬離子轉(zhuǎn)化成不穩(wěn)定的固體金屬氫氧化物；
[0017](4)將上述活性炭催化劑晾干；
[0018](5)將上述晾干的活性炭催化劑送進(jìn)加熱爐中高溫焙燒，使活性炭孔隙中金屬氫氧化物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固體金屬氧化物。
[0019]進(jìn)一步，所述的金屬氧化物粉末為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，純度彡98%，粒度100目。
[0020]進(jìn)一步，所述的強(qiáng)酸是濃度為10%的工業(yè)級(jí)鹽酸溶液。
[0021]進(jìn)一步，所述的堿性溶液為氫氧化鈉堿性溶液，是由濃度為10%的工業(yè)級(jí)氫氧化鈉溶液加水調(diào)制而成。
[0022]進(jìn)一步，步驟(2)中，用酸性溶液浸泡活性炭載體的時(shí)間為30min-60min ;
[0023]步驟(3)中，用濃度1.8-2.0%的堿性溶液浸泡上述活性炭載體的時(shí)間為45min_90mino
[0024]進(jìn)一步，步驟(4)中，將上述活性炭催化劑瞭干至堆積密度0.65-0.7t/m3。
[0025]進(jìn)一步，步驟(5)中，將瞭干的活性炭催化劑在200°C高溫焙燒120min-180min。
[0026]本發(fā)明的效果在于:采用本發(fā)明所述的制備方法制備的催化劑活性高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，適用于污水處理催化氧化反應(yīng)器中，該制備方法成本低、制造工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中所獲負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑成品的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面以生產(chǎn)Im3負(fù)載金屬氧化物的活性炭催化劑的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本實(shí)施例中的主要原料包括:
[0030]I)煤質(zhì)柱狀活性炭:外形尺寸Φ 4*15mm，比表面積800-1200m2/g，總孔容積彡0.8cm3/g，吸附碘值彡650g/g，機(jī)械強(qiáng)度彡90kgf/cm2，堆積密度0.6-0.65t/m3，含水率5-8% ；
[0031]2)金屬氧化物:工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，純度多98%，粒度100目，金屬氧化物包含以下種類中的一種或幾種:氧化銅、氧化鋅、氧化鎳、氧化鈦、氧化鈷、氧化錳、氧化釩；
[0032]3)鹽酸溶液:工業(yè)級(jí)，濃度10% ；
[0033]4)氫氧化鈉溶液:工業(yè)級(jí)，濃度10% ；
[0034]5)水:自來(lái)水。
[0035]實(shí)施例1
[0036]第一步、酸性溶液制備:稱量10kg濃度10%的鹽酸倒入酸性溶液配制槽中，開(kāi)啟配制攪拌機(jī)，按需要稱量7kg氧化銅粉末倒入酸性溶液配制槽中，反應(yīng)lOmin。待金屬氧化物粉末充分溶解后，加500kg自來(lái)水調(diào)制成濃度1.2%的酸性溶液600L。停止攪拌機(jī)，用泵將酸性溶液提升到吸附反應(yīng)釜中。
[0037]第二步、酸性溶液浸泡:量取Im3煤質(zhì)柱狀活性炭倒入攪拌反應(yīng)釜中，讓活性炭在酸性溶液中浸泡30min。打開(kāi)吸附反應(yīng)釜底部過(guò)濾閥將剩余的酸性液體排回酸性溶液配制槽、以備下次重復(fù)利用。關(guān)閉過(guò)濾閥。
[0038]第三步、堿性溶液制備:稱量IlOkg濃度10%的氫氧化鈉溶液倒入堿性溶液配制槽中，開(kāi)啟配制攪拌機(jī)，加490kg自來(lái)水調(diào)制成濃度1.8%堿性溶液600L。停止攪拌機(jī)，用泵將堿性溶液提升到吸附反應(yīng)釜中。
[0039]第四步、堿性溶液浸泡:讓吸附反應(yīng)釜中的煤質(zhì)柱狀活性炭浸泡在堿性溶液中45min。打開(kāi)吸附反應(yīng)釜底部過(guò)濾閥將剩余的堿性液體排回堿性溶液配制槽、以備下次