[发明专利]膨胀石墨催化剂的制备方法及其催化臭氧化水处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法和水处理方法。

背景技术

随着经济和工业的飞速发展，水资源受到工业三废、城市垃圾、农药等有机污染及重金属污染越来越严重。据统计，目前水中污染物已达2千多种，有机化学物(如三氯甲烷、农药等)、重金属(如铅、汞、砷等)及细菌、致病菌等微生物是主要的污染来源，其中有机污染物是我国饮用水资源污染的主要类型。面对目前复杂的水质状况，常规水处理工艺“混凝-沉淀-过滤-消毒”对除浊和灭菌能够起到很大的作用，对于水中溶解的微量有机物却很难有效去除，无法满足居民生活对水质的要求，因此，强化常规处理工艺或在常规水处理工艺基础上增加新的处理工艺(预处理、高级氧化、生物活性炭、膜滤、离子交换等)对于保障饮用水水质安全显得尤为重要。实践及研究表明，臭氧氧化是水处理技术中去除有机污染物的一种重要方法，但是存在对污染物质降解的选择性和不彻底性等问题，单独臭氧氧化产生的副产物-小分子醛、酮、羧酸等给氯化消毒带来了很大的潜在危害，进入管网也会造成管网中细菌等微生物的滋生问题。

发明内容

本发明要解决单独臭氧化技术对难降解有机污染物的选择性和降解不彻底性，单独臭氧化的副产物小分子有机酸生成后将产生毒性更强的氯化消毒副产物，进入管网也将造成管网中细菌等微生物的滋生的技术问题；而提供了膨胀石墨催化剂的制备方法及其催化臭氧化水处理的方法。本发明以草酸为代表性的难降解小分子有机酸，以臭氧为主要的氧化剂，利用膨胀石墨催化臭氧化体系将草酸完全矿化分解，产生二氧化碳和水，不产生二次污染，实现饮用水的高效、安全净化。

膨胀石墨催化剂的制备方法使按下述步骤进行的：步骤一、将高氯酸和浓磷酸在5～20℃条件下混合，然后依次加入高锰酸钾和天然鳞片石墨，天然鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为1∶0.05～0.2，天然鳞片石墨与高氯酸的质量比为1∶1～6，天然鳞片石墨与浓磷酸的质量比为1∶0.2～1，再在10～80℃的水浴中恒温加热10～180min，真空抽滤，用去离子水洗至中性，脱水，在50～80℃条件下烘干，放入马弗炉中，在200～1100℃下膨胀，即得到膨胀石墨；步骤二、将膨胀石墨于质量浓度为0.6％的硝酸溶液、质量浓度为0.5％的硫酸溶液、质量浓度为0.6％的盐酸溶液或质量浓度为0.5％的磷酸溶液中搅拌洗涤12～72小时，真空抽滤，再用去离子水洗至中性，脱水，然后酸洗二次，再置于烘箱中，在100℃中烘干，得到膨胀石墨催化剂。

膨胀石墨催化剂催化臭氧化水处理的方法是将水经过预处理，再进行催化臭氧化处理，最后经后处理即可出水；其特征在于所述，膨胀石墨催化剂在臭氧接触反应器中以流化床形式存在，催化臭氧化处理是向水中加入催化剂并通入臭氧在2～35℃条件下进行反应，催化臭氧化的反应时间2.5～40min，臭氧投加量为0.5～40mg/min，催化剂为上述方法制备的膨胀石墨催化剂，催化剂投量为0.05～10g/L。

本发明将天然鳞片石墨经过氧化、插层、膨化而得到膨胀石墨催化剂，新产生的片层表面活性高，易于产生强氧化性的活性自由基，同时膨胀石墨的孔隙多为中、大孔结构，便于臭氧和污染物质等在孔隙内部的扩散，传质阻力较小，降解效率高，另外，膨胀石墨耐高温、耐酸碱、柔性，稳定性很高，使用周期长。本发明的水处理方法通过一套臭氧接触搅拌反应器完成，具体的操作是臭氧发生器产生的臭氧经过臭氧接触反应器底部的布气系统均匀的分布于整个反应器中，在搅拌器的作用下，水与臭氧和催化剂充分接触，利用催化剂来催化臭氧化降解水中的污染物质，提高单独臭氧化能力，反应后的尾气设置尾气吸收装置。本发明中的膨胀石墨催化臭氧化体系可以单独应用于水厂或者联合其他工艺同时进行。另外，本发明膨胀石墨催化臭氧化体系中的反应设备与现有水厂水处理设备相同，无需更换或改造水厂，水的预处理和后处理方式与现有水厂工艺相同。利用本发明中制备的膨胀石墨联合臭氧降解有机污染物，去除率可达75％，产物为二氧化碳和水，无二次污染问题，催化剂的性能稳定，连续使用三次，除污染效果基本不变。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式膨胀石墨催化剂的制备方法使按下述步骤进行的：