[發明專利]一種催化凈化復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611129570.6
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106582701B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 陳英文;周楠楠;祝社民;沈樹寶
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J38/00;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/72;C02F9/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

本發明提供了一種催化凈化復合材料及制備方法和應用，以活性炭負載的錳砂顆粒為材料基本骨架，混合金屬氧化物為活性組分負載在骨架最外層；該材料制備步驟如下：對錳砂進行預處理，去除表面雜質；以木質活性炭或果殼活性炭為活性炭前驅體，惰性氛圍焙燒，制備以錳砂為骨架的多孔碳結構；用金屬氧化物對錳砂?多孔炭結構表面進行修飾，形成兼具吸附、電催化復合功能的新型復合凈化材料。應用時，該復合材料首先對微污染原水中低濃度有機物進行有效吸附捕捉，使污染物吸附在材料表面，然后將吸附飽和的復合材料引入電解槽進行電化學氧化，使其表面污染物脫附分解，徹底礦化成二氧化碳和水，同時實現復合材料的再生回用。

技術領域：

本發明涉及一種催化凈化復合材料及其制備方法和應用，屬于環保工程領域。

背景技術：

國家大力推行、規劃化工園區，以加強化工工業廢水集中管理和處理。但由于化工行業廢水種類繁多，污染物性質差異較大，去除水平不同步，造成大多數工業園區的總排水面臨巨大的達標壓力，尤其是愈來愈嚴格的即將實施的排放標準(如石化行業總排水COD將達到40mg/L的排放標準)，同時某些特種污染物由于低濃度狀態下對生態環境也能造成嚴重破壞，并且難降解，可生化性差，在四級深度處理后仍有少量有毒有害成分殘留在水體中，必將是重要的水質監測指標，因此廢水深度處理技術的提標改進勢在必行。綜合來看，吸附技術將是優選技術之一。但傳統吸附技術以顆粒活性炭固定床為主，存在催化活性小、吸附效率低、床層壓降大、吸附時間長等問題。在傳統技術中，單獨使用錳砂作為催化劑處理廢水時，其處理效果受水體PH影響較大。而顆粒活性炭使用效率低，再生效果差，污染物降解不徹底，使用后的顆粒活性炭直接排放后會造成資源浪費，甚至作為危廢的組成部分，會給生態環境帶來一定負面影響。

在傳統吸附催化劑的應用過程中，存在催化效率低、催化時間長、催化劑使用壽命短且水中低濃度污染物催化降解不徹底等諸多缺陷，導致出水水質不穩定，諸如此類的問題都亟待解決。

發明內容：

本發明的目的是為了改進現有技術中的而提供一種催化凈化復合材料；本發明的另一目的是提供上述材料的制備技術；本發明還有目的是提供上述材料的應用。

本發明的技術方案為：一種催化凈化復合材料，其特征在于：以活性炭負載的錳砂顆粒為材料基本骨架，混合金屬氧化物為活性組分負載在骨架最外層；其中基本骨架上活性炭的負載量為使該骨架比表面積達到3000～4000m²/g；混合金屬氧化物中鐵和銅金屬氧化物為主活性組分，SnO₂和Sb₂O₃為助活性組分；錳砂骨架上混合金屬氧化物負載總量占骨架質量的10％～30％，催化材料粒徑為0.225～0.550mm。

優選上述的活性炭為木質粉末活性炭或果殼粉末活性炭；其表觀密度為0.45～0.55g/mL，粒徑在0.075～0.105mm；所述的錳砂顆粒的粒徑為0.150～0.300mm。

優選上述的主活性組分Fe₃O₄和CuO的負載質量比為(1～3)：1；助活性組分SnO₂和Sb₂O₃的負載質量比為(1～3)：1；助活性組分的負載質量占總活性組分負載量的1％～10％。

本發明還提供了制備上述的催化凈化復合材料的方法，其具體步驟為：

(1)將錳砂顆粒在酸溶液中間歇攪拌煮沸，待冷卻后過濾，用蒸餾水沖洗至中性，將其干燥后冷卻待用；

(2)將冷卻的粉末活性炭分散于酸溶液中置于水浴中攪拌活化后，過濾后沖洗，干燥箱中烘干；

(3)配制摩爾濃度為0.1～0.5mol/L的堿溶液，將(2)中活化后的粉末活性炭按固液質量體積比(g/L)為(10～50):1投入該堿溶液中，制成活性炭膠體溶液；