[發明專利]一種用于廢水深度處理的微孔過流臭氧催化陶瓷膜及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 201710053620.5
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106745673B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 徐軍;武倩;涂勇;張耀輝;唐敏;李軍
• 申請（專利權）人: 江蘇省環境科學研究院
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78;C02F1/72;B01J23/34;B01J35/04;C02F101/30
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于廢水深度處理用催化劑技術領域，更具體地說，涉及一種用于廢水深度處理的微孔過流臭氧催化陶瓷膜及其制備和應用方法。

背景技術

廢水深度處理是指廢水經過生化處理后，需要進一步降解廢水中的難降解污染物，以達到更穩定的處理效果，滿足更高的排放標準。廢水中，特別是工業廢水往往含有較多的氮雜環類、磷雜環類、氯代苯類、硝基苯類、酚類、多環芳烴類、飽和烷烴類化合物，此類物質結構穩定、多具有疏水性和生物毒性，單純依靠生化處理，達標難度較大，需要對生化處理后的出水進行深度處理，從而確保達標排放。

目前工業廢水的深度處理主流工藝為高級氧化技術，其中臭氧催化氧化法是結合臭氧的強氧化性并利用催化劑催化產生的羥基自由基來氧化廢水中有機物的一種高級氧化工藝。臭氧催化氧化法對于催化效率的限制主要分為三個方面：(1)廢水中有機物到達催化劑表面的傳質速率；(2)催化劑的有效催化面積；(3)催化劑的催化活性。目前，市場上常用的臭氧催化劑按照載體形態分為顆粒型和蜂窩型，按照載體材質分為陶瓷材質和活性炭材質，包括陶瓷粒狀催化劑、顆粒活性炭催化劑、蜂窩陶瓷催化劑、蜂窩活性炭催化劑四種類型。

在催化劑載體形態方面，顆粒型催化劑主要以陶粒或顆粒活性炭為載體，通過多次浸漬含活性成分的硝酸鹽溶液，經干燥、燒結活化等工序后制成。這類型的催化劑在工程運用中以自然堆積方式形成催化床層，廢水、臭氧在通過催化床層時發生反應，從而達到對廢水中的污染物進行催化氧化去除的目的。但此類催化載體在實際運行中易造成氣體、液體在床層中短路和溝流，降低了廢水有機污染物的傳質效率和臭氧利用效率，需要加大廢水回流比來彌補處理效率較低的不足，從而導致投資大、運行費用高，且顆粒催化劑床層檢修更換復雜，工人勞動強度大。蜂窩型載體與顆粒載體相比具有堆填規整、接觸面積大、傳質效率高、氣液流場規則可控等優點，能極大提高臭氧利用率。

在催化劑材質方面，活性炭載體能強化水中有機物和臭氧的傳質，將廢水中的有機物和臭氧同時富集于活性炭載體表面，利用負載的活性催化成分，催化臭氧產生羥基自由基，對富集的高濃度有機污染物進行催化降解，從而提升了反應效率。但活性炭機械強度不高，在臭氧強氧化的環境下長期運行，會出現破損流失，甚至是床層塌陷，導致工藝無法運行，此類問題在蜂窩活性炭催化劑方面尤其突出。如，中國專利申請號201410454415.6公開了一種負載型臭氧催化劑及其制備方法和應用，該申請案所得負載型臭氧催化劑即是以蜂窩活性炭為載體，在一定程度上雖然能夠提高對抗生素廢水的CODcr去除率，但其對其他工業廢水的處理效果則相對較差，且其長期使用后活性炭破損流失嚴重。可見，該類催化劑雖能較好地強化傳質速率，但在催化劑的水力流態及有效催化面積方面并無較好的改進措施，限制了其推廣應用。

因此，如何保證催化劑同時具有較高的傳質系數和較大的催化表面積，從而使催化劑具有較高的催化效率對于保證工業廢水的深度處理效果就至關重要。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服現有工業廢水深度處理中臭氧催化氧化法所用催化劑存在傳質效率或有效催化面積不高的問題，提供了一種用于廢水深度處理的微孔過流臭氧催化陶瓷膜及其制備和應用方法。本發明通過強迫廢水在催化劑內部微孔過流方式，同時增強了廢水和催化劑表面的傳質速率和有效催化面積，從而顯著提升了催化劑的催化效率，能夠保證工業廢水的深度處理效果。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

其一，本發明的一種用于廢水深度處理的微孔過流臭氧催化陶瓷膜，該陶瓷膜以燒結Al₂O₃為骨架材料，以負載Dy/Mo/Mn為活性催化組分，形成具有蜂窩孔道結構的陶瓷過流膜，且所述的活性催化組分負載于孔道內壁。

更進一步的，所述的陶瓷膜為板式、管式或蜂窩管式，且其內部孔道為微米級孔道，平均孔徑為10～20μm，孔隙率為30～60％。

更進一步的，所述活性催化組分的總負載量為3-8％，氧化鏑、氧化鉬和氧化錳的摻雜比例為1:1:1。

其二，本發明的用于廢水深度處理的微孔過流臭氧催化陶瓷膜的制備方法，其步驟為：

(1)Al₂O₃粉末的燒結：將Al₂O₃粉末進行焙燒處理，使其全部轉變為α-Al₂O₃；