[發(fā)明專利]一種乙酸催化氧化負(fù)載型催化劑、制備方法及催化氧化工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010018451.3
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111185234B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉丹;王俞凱;梁迎彬;崔廣志;韓士玉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械設(shè)備研究所
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 北京天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所有限公司 11386
• 代理人: 叢洪杰

本發(fā)明涉及一種乙酸催化氧化負(fù)載型催化劑、制備方法及催化氧化工藝，屬于化學(xué)催化氧化技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中乙酸去除率低的技術(shù)問題。本發(fā)明的乙酸催化氧化負(fù)載型催化劑為金屬?有機(jī)骨架負(fù)載型催化劑，金屬?有機(jī)骨架為鋯基金屬?有機(jī)骨架或者銅基?金屬有機(jī)骨架；負(fù)載組分為金屬硝酸鹽。制備乙酸催化氧化負(fù)載型催化劑的方法：將金屬鹽前驅(qū)體和有機(jī)配體加入溶劑，超聲分散，水熱反應(yīng)后，進(jìn)行離心、洗滌、干燥，得到金屬?有機(jī)骨架；將金屬硝酸鹽加入金屬?有機(jī)骨架，并不斷攪拌，干燥、焙燒，得到金屬?有機(jī)骨架負(fù)載型催化劑。本發(fā)明的催化劑能夠?qū)⒁宜岽呋趸癁槎趸己退宜崛コ蔬_(dá)到93％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)催化氧化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種乙酸催化氧化負(fù)載型催化劑、制備方法及催化氧化工藝。

背景技術(shù)

水是人類生活和生產(chǎn)不可缺少的物質(zhì)資源。隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的迅猛發(fā)展，水在使用過程中難以避免受各種物質(zhì)污染而喪失其使用價值，水體污染造成的資源短缺問題日益嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，我國工業(yè)用水約占全國總用水量11％，工業(yè)在使用水資源時會排放大量的工業(yè)廢水，且大多數(shù)工業(yè)廢水都具有有機(jī)物濃度高、生物降解性差甚至有些對微生物具有毒性等特點(diǎn)。國內(nèi)外對這種高濃度、難降解有機(jī)廢水的綜合治理都予以高度重視并制定了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。目前，部分成分簡單、生物降解性好、濃度較低的廢水均可以通過傳統(tǒng)工藝得到處理，而濃度較高、難以生物降解的廢水仍然難以實(shí)現(xiàn)徹底處理且經(jīng)濟(jì)成本居高不下，因此發(fā)展新型實(shí)用的水處理技術(shù)具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。

近年來，以產(chǎn)生自由基為主體的高級氧化技術(shù)得到了較快發(fā)展，如濕式空氣氧化法、過氧化氫氧化法、臭氧氧化法和超臨界水氧化法等。上述技術(shù)主要利用產(chǎn)生高活性自由基進(jìn)攻大分子難降解有機(jī)物，與之反應(yīng)并破壞其分子結(jié)構(gòu)，使之轉(zhuǎn)化為可生化降解的小分子有機(jī)物以及二氧化碳和水等無機(jī)物，從而達(dá)到去除污染物的目的。其中，催化濕式氧化借助于催化劑的作用，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的高效氧化降解，并且顯著降低反應(yīng)的溫度與壓力，不僅大大降低了工藝能耗，也使得工業(yè)應(yīng)用成為可能，為高濃度、難生物降解的有機(jī)廢水提供了一種有效的新型處理技術(shù)。

造成水體污染的有機(jī)化合物中較難濕式氧化去除的是有機(jī)酸，其中又以乙酸的氧化難度最大。乙酸是眾多大分子有機(jī)物濕式氧化過程中的主要中間產(chǎn)物，它的進(jìn)一步氧化成為許多濕式氧化過程中的限制步驟。目前大多數(shù)研究均選取乙酸作為濕式氧化的模型反應(yīng)物，用作催化劑制備、篩選和優(yōu)化的探針。另外從理論上講，通過乙酸催化濕式氧化篩選出的催化劑對其它有機(jī)物的催化濕式氧化具有一定的普遍性，也為實(shí)際有機(jī)廢水處理提供了一定的研究基礎(chǔ)。催化劑是催化濕式氧化技術(shù)的核心，常見的濕式氧化催化劑包括貴金屬類催化劑和過渡金屬氧化物催化劑。但是前者研制成本較高，而后者活性組分溶出問題，嚴(yán)重導(dǎo)致催化劑活性下降并對出水造成二次污染，這些因素限制了現(xiàn)有催化劑在廢水處理領(lǐng)域的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。因此，針對水體中乙酸污染物研制新型高效、穩(wěn)定廉價的濕式氧化催化劑具有重要意義。

通過查閱相關(guān)資料，目前催化濕式氧化水處理技術(shù)存在的問題與不足主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

(1)對有機(jī)物濃度較高、生物降解性差的工業(yè)廢水難以實(shí)現(xiàn)徹底催化氧化處理，其中乙酸的進(jìn)一步氧化通常為限制步驟，且轉(zhuǎn)化率較低(一般低于60％)；

(2)嚴(yán)重依賴高溫、高壓及必須的液相條件，相應(yīng)地要求反應(yīng)設(shè)備材料耐高溫、耐高壓和耐腐蝕，工藝流程復(fù)雜導(dǎo)致技術(shù)成本居高不下；

(3)均相催化濕式氧化過程中由于催化劑和廢水完全混合，催化劑的溶出現(xiàn)象比較嚴(yán)重，為防止二次污染必需進(jìn)行后續(xù)處理回收流失催化劑；

(4)非均相催化濕式氧化過程，貴金屬催化劑的負(fù)載量偏高導(dǎo)致成本增加，而非貴金屬催化劑的活性和穩(wěn)定性離實(shí)際應(yīng)用仍然存在較大差距；

(5)以乙酸作為探針分子的催化氧化工藝報道較少，多數(shù)研究提供的催化劑及工藝條件對乙酸氧化反應(yīng)的低溫活性較低。

發(fā)明內(nèi)容