[发明专利]一种催化剂、制备方法及其在催化湿式氧化水处理中的应用

说明书

本申请公开了一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括马铃薯薯渣碳基底，基底表面覆盖珊瑚状氮掺杂碳纳米管和活性金属，所述活性金属包括Ru和Ni；其中，所述碳纳米管内部为Ni或Ru‑Ni合金；碳纳米管外部为Ru。以生物质碳为原料，通过催化裂解生长碳纳米管得到超结构双金属催化剂的制备方法以及将其应用于催化湿式氧化降解乙酸等小分子酸。该催化剂制备方法简单，且可资源化利用废弃薯渣，减少农副产品废弃物所带来的污染。该催化剂催化活性优异，对乙酸等小分子酸模型废水的TOC去除率可达70％以上。

技术领域

本申请涉及一种生物质碳作为催化剂基底制备CNT/PC碳超结构双金属催化剂的制备方法及应用，属于催化湿式氧化水处理催化剂制备技术领域。

背景技术

催化湿式氧化技术是一种高效降解高浓度有机废水中有机污染物的高级氧化技术，其对石化、染料、农药、印染、皮革等行业产生的高浓度有机废水均具有较好的COD去除效果。在这一过程中，催化剂的存在有效降低了反应的苛刻条件，使得催化湿式氧化过程变得更为安全环保，具有更强的可操作性。因此，催化剂的研发对于催化湿式氧化来说具有十分重要的意义。

乙酸是是催化湿式氧化过程中的一种小分子酸类产物，被广泛认定为湿式氧化过程中最难降解的物质之一，因此，Devlin和Harris等人也将乙酸认定为湿式氧化过程的“尽头”。正是由于乙酸等小分子酸的产生，使得湿式氧化过程后的废水往往依然具有很高的COD值，需要配套更多的工艺进行处理。因此，如何降解去除乙酸等难降解的小分子酸成为了目前湿式氧化水处理的难点。

碳材料催化剂具有很好的抗酸碱抗腐蚀能力，在催化湿式氧化过程中具有一定的稳定性。特别是当碳材料石墨化之后，其碳材料的抗氧化能力将得到大幅度的提高，其在催化湿式氧化体系中的抗氧化稳定性也将大幅提高。

本申请所使用的催化剂制备的原材料是马铃薯淀粉生产过程中产生的薯渣废弃物。据统计显示，我国每年马铃薯淀粉产量约为30万吨，每生产1吨马铃薯淀粉就会产生5吨马铃薯薯渣。由于薯渣含水量较大，不易于储存和运输，变质后会产生恶臭气味，严重污染环境；而若做干燥处理，制作成干饲料，则成本较高。本专利中利用马铃薯薯渣制备附加值较高的水处理催化剂，是资源化利用马铃薯薯渣废弃物的良好途径，具有巨大的环保效益。此外，马铃薯薯渣中包含有丰富的优质碳源，为催化剂的制备提供了很好的条件。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种催化剂，该催化剂制备方法简单，可操作强，具有较强的应用价值。该方法制备得到的超结构催化剂，能够有效活化降解水体中的小分子酸类有机物。该催化剂以生物质碳为原料，通过催化裂解生长碳纳米管得到超结构双金属催化剂的制备方法以及将其应用于催化湿式氧化降解乙酸等小分子酸。该催化剂制备方法简单，且可资源化利用废弃薯渣，减少农副产品废弃物所带来的污染。该催化剂催化活性优异，对乙酸等小分子酸模型废水的TOC去除率可达70％以上。

本申请是为了进一步改进催化湿式氧化过程中乙酸等小分子酸难降解的缺点，开发制备了一种超结构双金属催化剂应用于催化湿式氧化体系，利用超结构双金属催化剂特有的催化活性有效提高乙酸等小分子酸在催化湿式氧化体系中的去除率。该制备方法具有生产工艺简单、设备需求低、生产周期短、成本低廉等优点。采用该方法制备得到的催化剂具有催化活性高，比表面积大，吸附量小等优点。

所述催化剂，其特征在于，所述催化剂包括马铃薯薯渣碳基底，基底表面覆盖珊瑚状氮掺杂碳纳米管；和

活性金属，所述活性金属包括Ru和Ni；

其中，所述碳纳米管内部为Ni或Ru-Ni合金；碳纳米管外部为Ru。

可选地，所述氮掺杂碳纳米管为多壁氮掺杂碳纳米管。

可选地，Ru颗粒部分嵌入多壁碳纳米管管壁中。

具体地，该催化剂具有CNT/PC的超结构，在PC碳基底表面覆盖有大量珊瑚状碳纳米管；