[发明专利]一种含金属氧化物微粒陶粒催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于陶粒催化剂制备技术领域，特别涉及一种含金属氧化物微粒陶粒催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

臭氧具有极强的氧化性能，其氧化能力仅次于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性，且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的水处理用绿色氧化剂。

目前，臭氧技术在水处理领域中的许多方面得到了应用。臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水中的有机物质，特别是废水经常规的二级生化处理以后，仍存在少量的难以生物降解的有机物，若使用臭氧氧化对此废水进行深度处理，则较为彻底，并且较少产生副产物。而在传统水处理工艺中使用氯气或次氯酸钠作为消毒剂和氧化剂时，会产生一些有毒有害的消毒副产物，如三氯甲烷等有机卤代物，许多研究报告证明有机卤代物具有致癌、致畸、致突变的作用。

采用臭氧氧化技术效果好坏的关键是臭氧的氧化能力和臭氧的使用量。对臭氧进行催化，提高臭氧的氧化效率，使其氧化能力得到提高，从而降低废水深度处理成本，是目前臭氧应用研究的热点。目前文献报导的臭氧催化剂是以均相为主，即催化剂配成溶液，加入废水中，然后通入臭氧进行催化反应，催化剂是以离子态的形式存在。这种液体催化剂虽然可以提高臭氧的氧化能力，但存在催化剂无法重复使用，易造成二次污染，增加后续处理的难度等缺点。因而制备一种固体的催化剂，使其对废水中的臭氧的氧化作用有较好的催化作用，在水处理的过程中，这些固体催化剂一直保留在臭氧催化反应器内起催化氧化作用，不需要后续的分离措施，将有其实际应用价值。

目前非均相的臭氧催化剂的制备，所采用的方法为：将具有催化活性的金属硝酸盐或硫酸盐一种或几种按一定比例复合溶于水中，然后加入载体，投加碱性物质，使这些金属盐类形成氢氧化物沉淀。然后搅拌混合，洗涤过滤载体，最后烘烧制备，由于该类制备方法是将催化剂附着在载体表面，制备过程中存在大量的反应副产物，同时大量无法附着在载体表面的催化剂需要通过洗涤去掉，造成较大的浪费。另外，由于催化剂是通过烘烤附着在载体表面，因此其附着强度较差，多次使用后催化剂的流失率较大，且由于该类生产方法步骤繁琐，较难实现大规模的工业化生产。

汪晓军等（ZL200710032553.5）制备陶粒催化剂：先利用粉煤灰、高岭土、膨化剂作为陶粒生产的原料，通过糖衣制备机制备粒径为1～2.5mm的陶粒原料核，在原料核未烘烧之前，在制备陶粒的原料中加入Mn（Ⅱ）、Mn（Ⅳ）、Fe（Ⅲ）、Co（Ⅱ）、Co（Ⅳ）、Ti（Ⅱ）等金属氧化物的一种或多种复配，，两者混合后作为新的原料，加入糖衣制备机，使其均匀的附着在原有的陶粒原料核表面，烘烧，即制成臭氧催化氧化使用的陶粒催化剂。但由于使用了金属氧化物，这些氧化物的颗粒受机械研磨的限制，颗粒往往较粗，影响了其催化氧化效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含金属氧化物微粒陶粒催化剂的制备方法。该制备方法通过在陶粒生产过程中加入具有催化活性的组分作为其生产原料，制备臭氧催化氧化用的陶粒催化剂，提高臭氧氧化能力，以提高去除水中难降解有机物能力，从而降低臭氧氧化水处理的运行成本。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的含金属氧化物微粒陶粒催化剂。

本发明再一目的在于提供上述含金属氧化物微粒陶粒催化剂在水处理中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种含金属氧化物微粒陶粒催化剂的制备方法，包含以下具体步骤：

把具有臭氧催化活性的金属盐溶于水中，得到金属盐溶液，把金属盐溶液与陶粒原料混合，制备得到陶粒胚体，高温烧结，得到含金属氧化物微粒陶粒催化剂。

也可以在把金属盐溶液与陶粒原料混合前，取部分陶粒原料通过糖衣制备机制备陶粒原料核，再把金属盐溶液与剩下的陶粒原料混合后，加到上述陶粒原料核中，制备得到陶粒胚体，高温烧结，得到含金属氧化物微粒陶粒催化剂。

所述具有臭氧催化活性的金属盐指金属硫酸盐和金属硝酸盐中的至少一种。

优选为硫酸锰、硫酸钴、硝酸锰和硝酸钴等中的至少一种。

所述的陶粒原料指粉煤灰、高岭土和膨化剂中的至少一种。

所用的粉煤灰、高岭土和膨化剂均为常用的陶粒生产原料。

所述金属盐溶液的浓度为2～40wt%。

所用具有臭氧催化活性的金属盐的量与陶粒原料的质量比为（0.004～0.1）:1。

所述高温指温度为1100～1250℃。

所述陶粒胚体的粒径为3～8mm。