[發明專利]一種用于常溫常壓催化濕式氧化陽離子型偶氮染料廢水的催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201110315130.0
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102500357A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 孫德智;許銀;李曉祎
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J23/28
• 分類號: B01J23/28;C02F1/72
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技術領域

本發明涉及一種可用于常溫常壓催化濕式氧化染料廢水的復合型催化劑及制備方法。此Mo-Zn-Al-O催化劑能在常溫常壓下，利用空氣作為氧源，催化降解高濃度的陽離子型偶氮染料廢水，并且具有較高的催化活性和較好的催化穩定性。

背景技術

目前我國染料的年產量和貿易量都居世界第一位，其中70-80％是偶氮染料。在染料的生產過程中，每生產1t染料，隨廢水損失1-2％，而在印染過程中損失量更大，這不僅造成了資源的極大浪費，而且導致巨大的環境污染和健康風險。在所有偶氮染料廢水中，陽離子偶氮染料的毒性往往比其他類型的染料大，因此陽離子偶氮染料廢水的綜合治理已經成為我國和世界環保工作者非常關注的課題。

濕式催化氧化(Catalytic?Wet?Air?Oxidation，簡稱CWAO)技術由于可將染料廢水有效氧化分解，且具有適用范圍廣、流程簡單、停留時間短、二次污染小和占地面積小等特點，被認為是一種極具潛力處理含高濃度染料廢水的高級氧化工藝，特別是非均相CWAO技術。圍繞該技術的研發已經有三十余年的歷史，但目前仍存在以下二個方面的瓶頸問題而限制了該技術在廢水處理中的實際應用：一是反應條件。在CWAO實際應用中，反應往往需要在高溫(通常為200～280℃)高壓(通常為2～9MPa)條件下進行，這導致該技術能耗較大、反應操作存在一定的風險、設備易于腐蝕和成本相對較高等問題；二是催化劑的穩定性。在CWAO實際應用中，目前所使用的多相催化劑易于失活，影響了催化劑的使用壽命和處理成本。

專利“亞甲基藍染料廢水處理及催化劑制備方法”(公開號CN1792866A)，闡述了以錳的納米結構氧化物為催化劑，在常溫下催化H₂O₂氧化分解亞甲基藍陽離子型染料廢水。本發明優點在于無需光照，無二次污染，催化效率高。其缺點在于廢水中加入H₂O₂量大，處理運行成本高。

專利“用于降解染料廢水的La₄Ni₃O₁₀”(公開號CN?101966462)，采用溶液燃燒法結合后續熱處理工藝得到單相的La₄Ni₃O₁₀粉末。該方法制備簡單，快速，能耗低，并且催化劑比表面積大，可用于甲基橙，甲基紅等陰離子偶氮染料廢水的降解，但此催化劑使用稀土元素La和重金屬Ni，制備成本大大增加。

專利“一種降解偶氮染料廢水的方法”(公開號CN101353184A)使用液相化學渡法在空心玻璃微珠表面負載Fe-Ni雙金屬粒子作為降解偶氮染料廢水的吸附劑。其優點在于成本相對降低，處理效果相對較高，但在對玻璃珠進行活化過程中加入貴金屬鈀，催化劑制備成本相對較高。

專利“一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法”(公開號CN1565982)，通過使用顆粒狀TiO₂光催化劑和流化床反應器，將陽離子染料，活性染料，酸性染料，分散性染料等廢水中的染料化合物降解為無機小分子。該發明具有光能利用率高，催化劑價格低廉等優點，但處理設備中采用紫外燈作為電光源照射，廢水處理成本增加。

專利“催化濕式氧化工藝中稀土復合氧化物催化劑及其制備方法”闡明了處理有機酸廢水的ZrO₂和CeO₂稀土復合氧化物催化劑的制備方法，但此催化反應需要在高溫(230℃)和高壓(總壓力為5Mpa)下使用，廢水處理設備為高壓反應釜，廢水處理成本高。

專利“一種用于常溫常壓催化濕式氧化工藝的催化劑及制備方法”(公開號CN101485987B)提供了一種以粉末狀鋅鋁類水滑石為載體，Fe為主要活性組分，Ce和Ti為助活性成分的催化劑。此發明制備成本低，可在常溫常壓下使用，對于甲基橙等陰離子型染料廢水具有較高的催化活性。但此類催化劑不能有效地處理陽離子型偶氮染料廢水，具有一定的選擇性。

為了解決高溫高壓反應條件問題，通過改變反應歷程和降低反應的活化能來使反應條件在相對溫和甚至在常溫常壓條件下進行。本發明提出的用于陽離子型偶氮染料廢水處理的催化劑是一種復合三元金屬氧化物，該Mo-Zn-Al-O催化劑不僅可以降解陽離子紅GTL，通過空穴-電子對的作用產生自由基釋放到溶液中跟染料廢水直接發生氧化還原反應，而且降解之后的廢水的毒性明顯降低。該Mo-Zn-Al-O催化劑在常溫常壓，以空氣為氧化劑條件下能保持很好的催化性能，對于廢水的脫色和降解具有良好的效果，且此工藝的反應設備簡單。

發明內容