[发明专利]球形海泡石臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种球形海泡石臭氧氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：将海泡石粉与水混合，制成粒径为1‑2mm的球种；将球种、海泡石粉与水混合，制备粒径为1‑9mm的球形料球；将料球在60‑90℃下恒温处理10‑24h，然后在450‑550℃下煅烧活化处理2‑5h，得到臭氧氧化催化剂。本发明还提供了一种采用上述制备方法所制备的球形海泡石臭氧氧化催化剂，该催化剂用于臭氧氧化法反应中。本发明的方法选用廉价易获取的原料，解决了污水处理中臭氧氧化催化剂来源和成本投入的问题。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种球形海泡石臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

臭氧具有极强的氧化能力，可以直接氧化降解有机物，但是其氧化选择性制约了对污水中有机物深度矿化处理的能力。为了提高臭氧利用率和深度处理污水的能力，一般采用往臭氧氧化污水系统中加入催化剂的方法。催化剂具有催化分解臭氧的作用，臭氧被转化成氧化性能更强的羟基自由，羟基自由基基本上可以氧化所有的有机物，具有深度处理污水的能力。

目前常用的催化剂分为均相和异相两类。均相催化剂一般为金属盐，如：硫酸亚铁，其被应用于双氧水或臭氧处理有机废水体系。往臭氧氧化废水体系内加入硫酸亚铁后，污水中化学需氧量(COD)移除率和臭氧利用率明显高于单独使用臭氧处理有机废水。科研工作者们在该领域做了大量的工作，其机理为：Fe²⁺能够促进双氧水或臭氧分解产生具有更强氧化性能的羟基自由机，所生成的羟基自由基基本上能够氧化降解污水中所有的有机物，从而大大提高了深度处理污水中有机物的能力和臭氧的效率。均相催化剂不受相间扩散的影响、易于控制，但是投入到水中的金属离子难以分离，不能循环使用，会使水中金属离子浓度过高造成对环境的二次污染和运行成本的增加。异相催化剂可以避免均相催化剂中存在的问题，但是和均相催化剂相比，非均相催化体系中存在相间扩散阻力、活性位点与反应底物接触率低等问题。因此提高异相催化剂性能，降低催化剂的生产成本，简化规模化生产工艺，是异相催化剂商业应用的重要条件。

异相臭氧催化氧化具有降解并矿化污水中有机物的能力被广泛的研究和应用于饮用水和污水处理领域。异相臭氧催化剂类型多样，如：无载体金属或金属氧化物纳米颗粒、负载在载体上的金属或金属氧化物催化剂和活性碳。但是无载体金属或金属氧化物纳米颗粒在实际应用过程中存在一个较大的问题：在循环使用过程中需要将纳米颗粒分离出来以实现再次使用，一般采用耗费较高的离心的方式来分离，大大增加了实际应用过程中的运行成本。通常为了避免离心的工艺来回用催化剂的方法是将催化剂成型，得到直径3-5mm适宜应用于固定床反应器的颗粒或负载在3-mm直径的载体上面的颗粒。但是目前通常选用的催化剂原料为价格较高的La₂O₃、CuO、TiO₂、MnO₂、Fe₂O₃、CeO₂等，这不仅仅给生产增加了较大的经济压力，也制约了臭氧催化氧化技术的推广。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种球形海泡石臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用，本发明的方法选用廉价易获取的原料，解决了污水处理中臭氧氧化催化剂来源和成本投入的问题。

本发明的一种球形海泡石臭氧氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将海泡石粉与水混合，制成粒径为1-2mm的球种；

(2)将球种、海泡石粉与水混合，制备粒径为1-9mm的球形料球；优选地，制备粒径为3-5mm的球形料球；

(3)将料球在60-90℃下恒温处理10-24h，然后在450-550℃下煅烧活化处理2-5h，得到球形海泡石臭氧氧化催化剂。