[發明專利]一種負載型活性炭臭氧催化劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810331097.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108686648B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 萬梅;范舉紅;劉銳;陳呂軍
• 申請（專利權）人: 浙江清華長三角研究院
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J37/02;B01J37/06;B01J37/08;B01J37/34;C02F1/72;C02F1/78
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈自軍

本發明公開了一種負載型活性炭臭氧催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將顆粒活性炭置于KMnO₄水溶液中浸泡、干燥后，再置于Ce(NO₃)₃.6H₂O水溶液中浸泡、干燥，然后，在絕氧條件下，對浸泡后的顆粒活性炭進行灼燒，得到活性炭復合顆粒；(2)在超聲波輻照條件下，對所述活性炭復合顆粒進行洗滌和活化，得到負載型的活性炭臭氧催化劑。本發明將顆粒活性炭浸漬于KMnO₄水溶液和Ce(NO₃)₃.6H₂O水溶液中，干燥后再進行灼燒處理，并采用超聲波處理方式進行洗滌和活化，得到了負載型的活性炭臭氧催化劑，該催化劑能夠加速臭氧分解，顯著提高臭氧對有機污染物催化降解的效率。

技術領域

本發明涉及污水處理技術領域，尤其涉及一種負載型活性炭臭氧催化劑的制備方法及應用。

背景技術

在國內外，臭氧氧化系統已廣泛用于廢水處理領域，例如：垃圾滲濾液以及紡織、制藥和化學工業廢水的處理等；其主要用于去除難降解有機污染物，如：垃圾滲濾液中的腐殖質和可吸附的有機鹵代物，紡織廢水中的有色芳香族化合物，制藥和化學工業產生的有毒或殺生性物質。

臭氧是一種氧化性很強的強氧化劑，氧化還原電位為2.07V，在自然界中僅次于氟(2.87V)，被廣泛應用廢水處理。目前公認臭氧通過兩條途徑與水中有機物進行反應：

一條途徑是，有機物與溶解于水的臭氧直接反應，主要發生在酸性或中性條件下，氧化產物不是二氧化碳和水，而是一些中間產物，如一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸等有機小分子。

另一途徑是，有機物與臭氧分解過程中產生的羥基自由基·OH進行的間接反應，主要發生在堿性條件下，此類反應可認為是一種高級氧化過程，反應產物也并非二氧化碳和水，而是碳酸鹽類的累積，碳酸鹽和碳酸氫鹽作為自由基的凈化劑，能夠終止鏈反應的進行。

上述途徑中，直接反應的速度較慢，具有高度選擇性和專一性；而間接反應的速度則相對更快。

盡管臭氧具有較強的氧化能力，但臭氧是一種選擇性的氧化劑，并不能氧化所有的污染物。為了提高臭氧工藝的處理效果，近年來發展的臭氧催化氧化技術可以有效提高污水中有機污染物的去除率和臭氧的利用效率。

自從Jans和Hoigne發現在水溶液中活性炭是一種加速臭氧分解并生成.OH的促進劑后，活性炭作為催化劑被越來越多研究者進行研究。而更多的研究者將活性炭用作催化劑載體，在其上負載Mn、Fe、Ti、Ni、Co和Ce等金屬氧化物作為催化劑，進一步提高其催化活性。

申請公布號為CN106807362A的發明專利申請公開了一種負載二氧化錳活性炭催化劑及其制備方法與應用，該方法為(1)將部分活性炭粉、粘合劑和造孔劑混勻，通過糖衣制備機得到原料核；在惰性氣體保護下，將原料核進行焙燒，冷卻，得到活性炭載體核；(2)將高錳酸鉀固體顆粒、硫酸錳水溶液與剩下的活性炭粉混合均勻后，加入到活性炭載體核中，并通過糖衣制備機制備活性炭顆粒；(3)在氮氣或二氧化碳的氛圍下，將活性炭顆粒進行燒結，制得負載二氧化錳活性炭臭氧催化劑。

由于催化臭氧氧化技術的反應機理尚不明確，目前均處于推測階段，所以對于本領域人員而言還難以指導催化劑的選型與設計；而且高效能催化劑的制備以及催化劑與臭氧氧化反應器的結構之間還均存在技術不成熟的問題，這就限制了催化臭氧氧化技術在實際工程中應用，使得催化臭氧氧化技術在實際工程中鮮有成功案例的報道。

因此，開發適宜的活性炭催化臭氧技術，突破活性炭催化臭氧氧化技術在難生物降解廢水深度處理過程中存在的共性技術瓶頸，將是活性炭催化臭氧氧化技術的工程化應用技術開發的一個重要途徑。

發明內容