[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合催化剂及其制备方法和应用，属于环境工程中污水处理技术领域。该催化剂为负载型催化剂，由催化活性组分和载体构成。催化剂负载的活性组分由主催化剂和助催化剂构成。载体是由两种材料以一定比例混合加工制得，载体选用化学性质稳定、吸附性能良好、比表面积较大的石墨烯和改性硅藻土组成。本发明中的催化剂活性组分：主催化剂为Pd，助催化剂为Cu，通过在催化剂的催化作用下，水体中的硝酸根与还原性铁单质(Fe⁰)发生反应被转化为N₂，从而达到有效脱氮的目的。

本申请是申请日为2019年03月25日、申请号为201910228790.1、发明名称为《一种复合催化剂及其制备方法》的分案申请。

技术领域

本发明属于环境工程中污水处理技术领域，涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着工农业的发展，水体中硝态氮(NO₃^-)污染已成为亟待解决的环境问题。污水中硝态氮的过量排放可直接造成水体的富营养化及水质的下降，污染破坏生态环境，从而对人类的生产生活造成极大的影响。另外，据资料显示，由于高含氮量污水的排放，一定程度上导致的地下水硝酸盐污染已愈发严重。因此，含氮污水排放至地表水体前先要进入城市污水处理厂进行处理而后排放。而实际中，受到污水水质及处理工艺的限制，其脱氮效果不理想，出水硝态氮含量往往较高，而导致不能达标排放。因此，采用何种技术有效降低污水厂出水硝态氮以减少氮素污染成为迫在眉睫的难题之一。

目前，去除水体中硝态氮的常用技术包括：物理化学法、生物法及化学法。物理化学法主要通过选择性吸附及膜的选择透过性等作用去除水体中的硝态氮。其缺点在于不能彻底去除水体中的硝态氮，只是发生了污染物的转移或浓缩。生化法是目前应用较多的一种脱氮技术，虽然其去除效果较好，但存在着抗冲击负荷低、受水质影响较大、工艺复杂等缺点。化学法包括活泼金属还原法和催化还原法。活泼金属还原法利用活泼金属(如Fe⁰)还原去除水体中的硝态氮。其缺点在于反应的副产物以氨氮为主，需进行二次处理。而催化还原法则主要以氢气或有机酸等(如HCOOH等)为还原剂，在催化剂的作用下，催化还原去除硝态氮。其缺点在于对操作条件较高(氢气进气量、操作压强等)、有机酸则分解不完全，易造成二次污染等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法和应用。该催化剂为负载型催化剂，由催化活性组分和载体构成。催化剂负载的活性组分由主催化剂和助催化剂构成。载体是由两种材料以一定比例混合加工制得，载体选用化学性质稳定、吸附性能良好、比表面积较大的石墨烯和改性硅藻土组成。本发明中的催化剂活性组分：主催化剂为Pd，助催化剂为Cu，通过在催化剂的催化作用下，水体中的硝酸根与还原性铁单质(Fe⁰)发生反应被转化为N₂，从而达到有效脱氮的目的。

其具体技术方案为：

一种复合催化剂，为负载型催化剂，由催化活性组分和载体构成，所述载体由改性硅藻土和石墨烯组成；所述石墨烯与改性硅藻土的质量比为2：1或3：1；所述活性组分为：主催化剂Pd和助催化剂Cu；

催化剂活性组分中，Pd：Cu质量比为3：1或4：1；

所述Pd的质量占所述复合催化剂的5％；

所述催化剂载体与催化剂活性组分质量比为24：1～11.5：1；

所述改性硅藻土的比表面积为325m²/g；

所述改性硅藻土由硅藻土于0.5mol/L的盐酸中改性1h获得；

所述硅藻土呈圆筛状，包括无定性的SiO₂、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、CaO和Na₂O。