[发明专利]一种用于废水中苯系物降解的球-膜耦合催化装置、催化剂及制备与使用方法

权利要求书

1.一种用于废水中苯系物降解的球-膜耦合催化装置，其特征在于，该催化装置包括膜型催化模块，所述的膜型催化模块为四周闭合、两端开口的立体金属网，所述的立体金属网上均匀涂覆有膜型催化剂；

所述的球-膜耦合催化装置的进水端设置有封闭底，出水端设置有阳极导线；封闭底为设置有曝气头的网栅，阳极导线与立体金属网连接；所述的立体金属网中间部分设置有阴极电极，所述的阴极电极不与立体金属网连接，所述的立体金属网中填充有球型催化剂；

所述的膜型催化剂包括如下质量百分比的原料组成：

（Mn-Co)/Al层状氢氧化物粉末58-65%，高岭土粉34-40%， Cu粉1-2%；

所述的球型催化剂包括如下质量百分比的原料组成：

（Mn-Co)/Al层状氢氧化物粉末50-60%，电气石粉5-10%，麦饭石粉5-10%，高岭土粉25-30%，Cu粉1-2%。

2.根据权利要求1所述的球-膜耦合催化装置，其特征在于，所述的（Mn-Co)/Al层状氢氧化物中Mn:Co:Al摩尔比为（8-12）：1：（28-32）。

3.根据权利要求2所述的球-膜耦合催化装置，其特征在于，所述的（Mn-Co)/Al层状氢氧化物按如下方法制备得到：

（1）配制pH为3的饱和Al盐溶液和饱和二价Mn盐溶液，在饱和二价Mn盐溶液中逐滴加入饱和二价Co盐溶液制备Mn-Co溶液，保持Mn:Co的摩尔比例为（8-12）：1；

（2）在60℃的pH为3的饱和Al盐溶液中逐滴加入Mn-Co溶液并剧烈搅拌，保持Al:Mn的摩尔比例（28-32）：（8-12）；调节pH至13.5后停止搅拌，在60℃温度下陈化24h冷却至室温，即得（Mn-Co)/Al层状氢氧化物。

4.根据权利要求2所述的球-膜耦合催化装置，其特征在于，所述的球型催化剂按如下方法制备得到：

（1）按照配比将（Mn-Co)/Al层状氢氧化物、电气石粉、麦饭石粉、高岭土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氢氧化钠溶液，并滚制成生料球；

（2）将生料球在空气气氛下按照5-6℃/min的升温速度升温至110℃并保持3h，随后按照8-10℃/min的升温速度升温至600-650℃并保持3h；

（3）按照物料:空气=1:100-120体积比进行通气快速冷却至室温；筛分后，用盐酸溶液清洗、干燥，即得球型催化剂；

所述的膜型催化模块按如下方法制备得到：

（1）按照配比将（Mn-Co)/Al层状氢氧化物、高岭土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氢氧化钠溶液，将所得材料均匀压制在立体金属网内表面；

（2）将立体金属网在空气气氛下按照5-6℃/min的升温速度升温至110℃并保持3h，随后按照8-10℃/min的升温速度升温至600-650℃并保持3h；自然冷却到室温，即得膜型催化模块。

5.根据权利要求1所述的球-膜耦合催化装置，其特征在于，所述的球型催化剂的粒径为4-6mm；所述的膜型催化剂的压制厚度b=3-5mm；

所述的球-膜耦合催化装置的出水端还设置有出水堰。

6.权利要求1所述的球-膜耦合催化装置的制备方法，包括步骤如下：

（1）将去除表面杂质的金属网的一个边安装金属网带作为阳极接口，并进一步将金属网带和作为正极的阳极导线连接，然后卷制成圆柱形或方形，得立体金属网；

（2）按照配比将（Mn-Co)/Al层状氢氧化物、高岭土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氢氧化钠溶液，将所得材料均匀压制在立体金属网内表面；

（3）将立体金属网在空气气氛下按照5-6℃/min的升温速度升温至110℃并保持3h，随后按照8-10℃/min的升温速度升温至600-650℃并保持3h；自然冷却到室温，得膜型催化模块；

（4）将曝气头安装在网栅的中心，组成封闭底；随后将封闭底安装在膜型催化模块的一端，将球型催化剂填充在带封闭底的膜型催化模块中，并在立体金属网中间插入阴极电极，即得到球-膜耦合催化装置。

7.权利要求1所述的球-膜耦合催化装置的使用方法，包括步骤如下：

将阳极导线连接外接电源的正极，阴极电极连接外接电源的负极，将待处理的含苯系物化工废水从封闭底进入球-膜耦合催化装置，使用风机提供空气，经由封闭底的曝气头为反应提供氧化过程所需要的氧气，处理后的废水从出水堰排出；

当立体金属网为圆柱形时，直径d=100mm，高h≥1200mm；当立体金属网为方形时，宽=100mm，长≥1200mm；

外接电源正极负极之间的电压为5.0-36V之间。