[发明专利]一种催化净化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种催化净化复合材料及制备方法和应用，以活性炭负载的锰砂颗粒为材料基本骨架，混合金属氧化物为活性组分负载在骨架最外层；该材料制备步骤如下：对锰砂进行预处理，去除表面杂质；以木质活性炭或果壳活性炭为活性炭前驱体，惰性氛围焙烧，制备以锰砂为骨架的多孔碳结构；用金属氧化物对锰砂‑多孔炭结构表面进行修饰，形成兼具吸附、电催化复合功能的新型复合净化材料。应用时，该复合材料首先对微污染原水中低浓度有机物进行有效吸附捕捉，使污染物吸附在材料表面，然后将吸附饱和的复合材料引入电解槽进行电化学氧化，使其表面污染物脱附分解，彻底矿化成二氧化碳和水，同时实现复合材料的再生回用。

技术领域：

本发明涉及一种催化净化复合材料及其制备方法和应用，属于环保工程领域。

背景技术：

国家大力推行、规划化工园区，以加强化工工业废水集中管理和处理。但由于化工行业废水种类繁多，污染物性质差异较大，去除水平不同步，造成大多数工业园区的总排水面临巨大的达标压力，尤其是愈来愈严格的即将实施的排放标准(如石化行业总排水COD将达到40mg/L的排放标准)，同时某些特种污染物由于低浓度状态下对生态环境也能造成严重破坏，并且难降解，可生化性差，在四级深度处理后仍有少量有毒有害成分残留在水体中，必将是重要的水质监测指标，因此废水深度处理技术的提标改进势在必行。综合来看，吸附技术将是优选技术之一。但传统吸附技术以颗粒活性炭固定床为主，存在催化活性小、吸附效率低、床层压降大、吸附时间长等问题。在传统技术中，单独使用锰砂作为催化剂处理废水时，其处理效果受水体PH影响较大。而颗粒活性炭使用效率低，再生效果差，污染物降解不彻底，使用后的颗粒活性炭直接排放后会造成资源浪费，甚至作为危废的组成部分，会给生态环境带来一定负面影响。

在传统吸附催化剂的应用过程中，存在催化效率低、催化时间长、催化剂使用寿命短且水中低浓度污染物催化降解不彻底等诸多缺陷，导致出水水质不稳定，诸如此类的问题都亟待解决。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有技术中的而提供一种催化净化复合材料；本发明的另一目的是提供上述材料的制备技术；本发明还有目的是提供上述材料的应用。

本发明的技术方案为：一种催化净化复合材料，其特征在于：以活性炭负载的锰砂颗粒为材料基本骨架，混合金属氧化物为活性组分负载在骨架最外层；其中基本骨架上活性炭的负载量为使该骨架比表面积达到3000～4000m²/g；混合金属氧化物中铁和铜金属氧化物为主活性组分，SnO₂和Sb₂O₃为助活性组分；锰砂骨架上混合金属氧化物负载总量占骨架质量的10％～30％，催化材料粒径为0.225～0.550mm。

优选上述的活性炭为木质粉末活性炭或果壳粉末活性炭；其表观密度为0.45～0.55g/mL，粒径在0.075～0.105mm；所述的锰砂颗粒的粒径为0.150～0.300mm。

优选上述的主活性组分Fe₃O₄和CuO的负载质量比为(1～3)：1；助活性组分SnO₂和Sb₂O₃的负载质量比为(1～3)：1；助活性组分的负载质量占总活性组分负载量的1％～10％。

本发明还提供了制备上述的催化净化复合材料的方法，其具体步骤为：

(1)将锰砂颗粒在酸溶液中间歇搅拌煮沸，待冷却后过滤，用蒸馏水冲洗至中性，将其干燥后冷却待用；

(2)将冷却的粉末活性炭分散于酸溶液中置于水浴中搅拌活化后，过滤后冲洗，干燥箱中烘干；

(3)配制摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的碱溶液，将(2)中活化后的粉末活性炭按固液质量体积比(g/L)为(10～50):1投入该碱溶液中，制成活性炭胶体溶液；