[发明专利]一种兰炭废水处理催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种兰炭废水处理催化剂及其制备方法和应用，本发明通过使用硝酸对气化渣进行预处理，一方面硝酸起到扩大气化渣的孔道的作用；另一方面，浓硝酸还可以在碳表面形成大量含氧官能团，在随后的氮掺杂反应中，提高气化渣与掺杂氮源反应活性，形成大量含氮官能团，增加掺氮量，氮源选用尿素或者三聚氰胺有效提高和特定含氮官能团的含量；本发明的兰炭废水处理催化剂，孔道丰富，氮掺杂量高，在使用过硫酸钠进行兰炭废水处理时，相同条件下，加入本发明的催化剂能够将预处理后的兰炭废水中的有机物的降解率提高约30倍；本发明使用煤化工废料气化渣改性制备催化剂，促进过硫酸盐处理兰炭废水，以废治废，原料价低易得，适宜推广。

技术领域

本发明涉及固废治理和污水治理领域，具体涉及一种兰炭废水处理催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，碳材料活化过硫酸盐高级氧化技术因其系统简单、操作简便且能彻底解决金属残留产生的二次污染问题而备受关注，但传统活性炭材料活性有限，影响其在该领域的广泛应用。碳掺杂改性技术可以有效提高活性炭对过硫酸盐的活化性能，但现有技术用于制备掺氮炭的原料大多成本较高，也有采用生物质制备掺氮炭或者使用活性炭，但是由于活性炭与掺杂物质之间的反应活性不高，导致掺杂的效果不尽人意。

气化渣即煤气化渣，属于煤基固体废弃物。大量堆积于废置土地上，不仅占用大量土地，同时对土壤、水体、大气等周边环境造成严重污染。气化渣含有初步的孔道结构，碳含量较高，气化细渣可达60％以上。但是同样地，气化渣改性仍面临与掺杂源反应性不足、初始孔道不够丰富的问题，常规掺杂方法的掺杂量和官能团种类分布仍然不理想，难以在废水处理中起到活化过硫酸盐高级氧化的作用。

发明内容

本发明的目的在于通过对气化渣预处理后，提高掺杂活性和扩孔，再使用氮源进行掺氮改性，将其进行孔道和含氮官能团的调控改性处理，用于活化过硫酸盐降解兰炭废水，可以实现以废治废，达到节能减排的目的。本发明提供如下技术方案：

一种兰炭废水处理催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：将气化渣按质量比1:1～5与硝酸溶液混合，于40～80℃搅拌反应1～5小时后固液分离，用水将气化渣洗至中性，得到预处理气化渣；

S2：将氮源与预处理气化渣按质量比1:1～5混合均匀，在惰性气氛中于300～500℃煅烧1～5h，得到粗品催化剂；

S3：将粗品催化剂水洗、烘干即得催化剂。

进一步地，S1中所述硝酸浓度为30％～68％。

进一步地，S2中所述氮源为尿素或者三聚氰胺。

本发明还提供一种使用前述方法制备得到的兰炭废水处理催化剂。

本发明还提供了一种兰炭废水处理催化剂的应用，包括以下步骤：

S1：将气化渣与兰炭废水按照质量比1:5混合，50℃下搅拌60min，固液分离得到预处理废水；

S2：常温条件下，向预处理废水中投加过硫酸钠，使过硫酸钠与预处理废水的质量比为1:10～20；

S3：调节预处理废水的pH值为3～10；

S4：向预处理废水中加入上述兰炭废水处理催化剂，搅拌反应1～3h，进行固液分离。

进一步地，所述兰炭废水处理催化剂投加量为0.3～1g/L废水。

本发明的有益效果为：