[发明专利]一种用于类芬顿处理的改性活性炭催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种以活性炭为载体的催化湿式过氧化氢氧化技术催化剂的制备与应用。该催化剂以过渡金属Cu、Fe、Mn、Co、Ni等作为催化剂的活性组分，以成型活性炭为载体，通过沉淀法将活性组分负载于活性炭载体上。本方法制备的催化剂用于催化湿式过氧化氢氧化反应中，其特征在于：(1)本发明制备的催化剂催化效果受内扩散影响较小；(2)本发明制备的催化剂负载活性组分量较低，反应条件温和，在反应过程中基本无活性组分流失；(3)本发明制备的催化剂可稳定运行400小时以上，TOC去除率达30％以上。

技术领域

本发明涉及以活性炭为载体，使用硝酸、盐酸等对载体进行改性处理，以过渡金属Fe、Cu、Mn等过渡金属的氧化物为活性组分的负载型催化剂制备方法，将其应用于催化湿式过氧化氢氧化处理中，属于水处理技术和环境功能材料领域。

背景技术

高级氧化技术包括催化湿式氧化技术、催化臭氧氧化技术、光催化氧化技术和催化湿式过氧化氢氧化技术等。针对工业废水成分复杂、有机污染物难降解、传统生化方法较难处理的特点，利用高级氧化技术可对其进行有效地处理。催化过氧化氢氧化技术以过氧化氢为氧化剂，催化剂催化过氧化氢产生羟基自由基，产生的羟基自由基对工业废水中的有机物进行氧化降解，最终将废水中难降解的有机物氧化为二氧化碳和水。催化湿式过氧化氢氧化技术可以在常温常压下进行，设施较简单，是一种极具前景的工业废水处理技术。

非均相催化湿式氧化具有催化剂易分离、不易造成二次污染、适用pH范围宽等优点。常用的催化湿式氧化催化剂载体包括氧化铝、活性炭、黏土、分子筛等，以过渡金属或稀土金属氧化物为活性组分，将其负载于催化剂载体上，实现对过氧化氢的催化，从而对废水中有机污染物进行有效处理。

活性炭载体孔道结构复杂，具有极大的比表面积，其较强的吸附能力和丰富的表面官能团均有利于催化湿式过氧化氢氧化过程。非均相催化反应主要发生在催化剂表面，其中反应物和产物在催化剂孔道内的扩散速率很大程度上决定了整个催化反应的反应速率，将活性组分富集在催化剂外层可以有效消除内扩散对催化反应速率的影响。在常用负载型催化剂的制备过程中，将活性组分以浸渍法负载于催化剂载体上后再进行焙烧，在焙烧过程中，前驱体盐溶液分解生成NOx、SOx、氯化物等气体污染物，易对大气造成二次污染。在负载活性组分时采用沉淀法可将活性组分富集于活性炭载体外层，提高催化活性且降低内扩散对反应速率的影响，同时也可避免大气污染物的产生，避免二次污染。

专利号CN104923229A的专利通过等体积浸渍制备负载型活性炭催化剂，用于处理难降解有机废水或生化后未能达标的废水；专利号CN105268425A的专利通过对活性炭进行稀土元素的掺杂改性，制备出的催化剂具有较高的催化活性和稳定性，可显著降解废水中有机物。本发明的目的在于提供一种不易造成二次污染的负载型芬顿活性炭催化剂制备方法，本发明制备得到的催化剂能够在常温常压下处理难降解有机废水，具有较高的稳定性及催化活性。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种催化湿式过氧化氢氧化处理染料废水催化剂的制备方法及应用。

本发明提供但不限制于一种载体预处理方法：

将商品活性炭载体浸渍于1～30wt.％H₂O₂溶液或0.1～1mol/LHClO溶液或0.1～1mol/L硝酸溶液或0.1～1mol/L硫酸溶液或0.1～1mol/L盐酸溶液中，常温常压下处理4～24小时，用去离子水洗涤至中性，于70～110℃干燥2～4小时。

本发明提供但不限制于一种活性组分负载方法：

氢氧化钠沉淀法：配制过渡金属Fe、Ni、Mn、Cu、Co中的一种或两种以上金属盐溶液，以过量浸渍法将活性炭载体浸渍于相应的金属盐溶液，浸渍6～24小时，用2～8mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH至9～11，静置2～4小时后，滤出催化剂并用去离子水将催化剂洗涤至中性。