[发明专利]负载钴氧化物的活性炭催化粒子电极及制备方法

说明书

本发明涉及污废水处理领域，具体地，本发明涉及一种负载钴氧化物的活性炭催化粒子电极及制备方法。本发明所述的活性炭催化粒子电极包括活性炭粉、粘结剂及负载在活性炭粉上的CoO催化剂。本发明的方法包括活性炭粉的预处理、金属盐溶液的制备、浸渍、制胶、焙烧活化和造粒几个步骤。本发明制备的负载CoO催化粒子电极具有污染物去除率高、催化活性高、粒子电极吸附性能高、电流效率高、能耗低等特点且制备方法简单。本发明制备的负载CoO催化粒子电极应用于三维电极反应器中处理含有腐殖酸类污染物的废水时，能将腐殖酸类污染物快速分解为小分子有机物或者彻底矿化，COD去除率大于90%，从而提高了废水的可生化性。

技术领域

本发明属于污废水处理领域，具体涉及一种负载催化剂活性炭的粒子电极及其制备方法，可作为三维电极反应器的粒子电极用于降解去除水中腐殖酸类难降解有机物。

技术背景

腐殖酸是一类广泛存在于自然界的有机高分子化合物，主要由C、H、O、N和少量的S、P等元素组成。在水环境中，腐殖酸是水溶性有机质的主要成分，其含量越高，水体卫生状况越差，腐殖酸不仅是水体的色度物质，而且还是消毒副产物的前驱物，其与消毒剂氯气反应后可生成具有潜在“三致”效应的环境污染物。因腐殖酸具有生物毒性，故生物对其的降解能力低而且降解过程极其缓慢，用常规的生物方法处理含有腐殖酸的废水，其废水排放很难达到排放要求。

含有腐殖酸的废水常用的处理技术主要包括吸附、萃取、混凝沉淀、化学沉淀、膜分离、化学氧化法和电化学氧化法等。三维电极作为一种新型的电化学氧化方法，其优点主要有：(1)比表面积大、传质速率快、单位槽体处理量大，因此具有较高的电流效率和单位空间产率；(2)降解有机物效果好；(3)在处理电导率较低的废水时，二维电极处理效果不好，需要投加大量电解质，使处理费用增加，而三维电极在一定程度上克服了这一缺点。由于以上的优点，近年来三维电极受到广泛关注。三维电极反应器的反应原理是，难降解有机物废水流过反应器时，其中难降解有机物被电解槽中的粒子电极吸附在表面，在三维电极反应器通电、曝气的条件下，空气中的氧气在粒子表面被还原生成H₂O₂，并迅速分解为具有强氧化性的羟基自由基。因此，反应器中的三维粒子电极为三维电极的工作核心。粒子电极的选择是否合理，直接影响到粒子电极对废水中难降解有机物的吸附和分解，影响粒子电极对有机物的降解效果。

活性炭因具有比表面积高、廉价易得、化学稳定性好等优点，是目前使用最为广泛的三维粒子电极。但未经处理的活性炭作为三维粒子电极存在以下缺点：(1)吸附能力低；(2)选择吸附性差；(3)生成羟基自由基数量少。为改善活性炭作为粒子电极时的上述缺点，目前对活性炭粒子电极的处理主要以在商品颗粒活性炭(碎屑或柱状)上涂膜和负载金属氧化物为主，但是这两种处理后的活性炭的比表面积会大幅减少，而且活性组分容易流失，从而导致催化活性降低。中国专利CN1669942将活性炭和过渡金属通过粘结烧结后作为粒子电极催化剂，虽提高了羟基自由基的产生量，但处理后的活性炭粒子电极比表面积大幅减少，降低了粒子电极对污染物的吸附和氧化分解能力。

因此，对粒子电极性能及制备方法进行改进后，既能提高羟基自由基产生量、减少活性组分的流失量，又能保证改性后的粒子电极吸附性能，成为改善三维电极反应器处理能力的研究关键。

发明内容

本发明的目的是克服上述粒子电极存在的问题，提供一种负载催化剂活性炭的三维粒子电极及其制备方法，使其具有污染物去除率高、催化活性高、粒子电极吸附性能高、电流效率高、能耗低等特点且制备方法简单。

本发明的再一目的是提供上述负载催化剂粒子电极在处理水中腐殖酸类物质的应用。本发明的技术方案如下：一种负载钴氧化物活性炭的催化粒子电极，由活性炭粉、CoO、粘结剂组成。按照质量百分比计，活性炭粉占50-70％、CoO占8-23％、粘结剂占10-30％。

本发明提供一种负载钴氧化物活性炭的催化粒子电极的制备方法，包括如下步骤：