[发明专利]一种粉煤灰基臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种粉煤灰基臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用。所述粉煤灰基臭氧氧化催化剂，以粉煤灰为载体，过渡金属、过渡金属的氧化物或盐为活性组分，其中，粉煤灰与所述过渡金属的质量比为5～20:1；所述过渡金属选自下述一种或几种：钴、钛、铜、铁、锰、锌和镍。本发明的臭氧氧化催化剂以粉煤灰为载体，可实现固废资源化利用，材料成本低来源广；催化剂的催化活性高，抗水质波动能力强，能有效降解高浓度有机废水，COD去除率达70％～90％，提高废水的可生化性BOD/COD至0.50～0.80，应用范围广，可适用于多种废水的生化预处理和深度处理。

技术领域

本发明涉及催化剂制备领域，具体涉及一种粉煤灰基臭氧氧化催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

高级氧化技术(AOT)又称深度氧化技术，该技术利用具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，在高温高压、催化剂、超声波、电、光辐射等反应条件下，将难降解的大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。臭氧氧化法用于废水处理无永久性残留，氧化性强，反应速度快，不产生二次污染，废水中的臭氧易分解，增加了水中溶解氧，但臭氧在水中溶解度低，利用率一般不超过30％。臭氧催化氧化技术是利用臭氧在催化剂表面产生活性羟基自由基，该方法反应速度快、条件温和，可以有效降解废水中的有机物，被认为是处理工业有机废水最有效的手段之一。臭氧催化氧化技术在工业废水处理领域发展缓慢，是因为该技术缺少高效率、低成本的催化剂。

已经报道的臭氧氧化催化剂主要有负载型的金属或者金属氧化物催化剂，如Co/Al₂O₃，Fe₂O₃/Al₂O₃，Ru/AC等，载体一般采用氧化铝或者活性炭，需要对载体进行酸碱预处理，制备周期较长。氧化铝作为催化剂载体，不耐酸碱，催化活性组分容易流失；活性炭作为催化剂载体，制备过程中需要惰性气氛保护，而且活性炭成本较高，不利于大规模生产和废水处理应用。现有臭氧氧化催化剂大多适用于废水处理的深度处理工段，对废水类型适用范围较小，对水质波动适应性较差，特别在高浓度有机废水应用领域鲜有报道。因此，开发经济、稳定、高效的催化剂是臭氧催化氧化技术规模化应用的重点研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单、生产成本低、催化活性高的粉煤灰基臭氧氧化催化剂及其制备方法。

本发明所提供的粉煤灰基臭氧氧化催化剂，以粉煤灰为载体，过渡金属、过渡金属的氧化物或盐为活性组分，其中，粉煤灰与所述过渡金属的质量比为5～20:1；

所述过渡金属选自下述一种或几种：钴、钛、铜、铁、锰、锌和镍。

本发明所提供的粉煤灰基臭氧氧化催化剂是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)将粉煤灰与粘结剂和膨化剂混合均匀得到混合物，将所述混合物加水经成球、发泡、烧结后，得到催化剂载体；

2)用去离子水清洗所述载体至pH为7，经水蒸气活化，得到活化后载体；

3)配制所述过渡金属的盐溶液，将所述活化后载体浸渍于所述过渡金属的盐溶液中，取出烘干得到干燥后的浸渍有过渡金属的载体；

4)将所述干燥后的浸渍有过渡金属的载体焙烧，得到粉煤灰基臭氧氧化催化剂。

上述方法步骤1)中，所述粘结剂为高岭土。

所述膨化剂为碳酸氢铵。

所述混合物中粉煤灰的质量百分比为60％～70％。

所述粉煤灰与粘结剂和膨化剂质量比为12：(1～6)：(1～4)，加水量为粉煤灰、粘结剂和膨化剂总量的24wt％～40wt％，发泡时间为2～3分钟，烧结温度为950℃～1200℃，保温1小时～3小时。