[发明专利]基于污泥处理制备多相复合型催化剂的方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理和环境催化领域，具体是涉及一种基于污泥处理制备多相复合型金属氧化物(MeO_x)催化剂的方法、产品及其应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，工业污水和生活污水的排放量日益增多，污水处理厂污泥产量也急剧增加，而且污泥中含有毒污染物，这些有毒有害物质进入水体与土壤中将造成环境污染。目前城市污水厂污泥的处理处置方式主要以填埋、焚烧、堆肥为主，这些处理处置方式存在着一系列问题。因此，开辟一条新的污泥资源化利用途径显得尤为重要。由于污泥含水量高(最高可达98％)又难脱水，一般脱水处理后，污泥含水率仍高达70％左右。通过热解法资源化利用污泥必然会消耗大量的能量，所以寻求经济的污泥资源化利用途径势在必行。

公开号为CN102690040A的专利文献公开了一种城市污泥的处理方法，包括：在城市污泥脱水前，调节污泥的pH值为2～4，加入催化剂、过氧化氢和过硫酸盐，在10～100℃之间反应≥5min。采用该文献的方法处理城市污泥，脱水污泥泥饼体积、脱水污泥泥饼含水率、污泥干固体量、污泥有机物量都大幅度减少。但是该文献对如何进一步处理和利用最终的污泥料没有进行进一步报道，没有彻底解决污泥处理的问题。

目前，水热技术在污泥资源利用方面得以利用，由于水热反应是在水溶液中进行的，所以它很好的解决了污泥高含水率的问题。在以前的研究中，水热液化往往被用于原生物油的制备，其液化条件为温度在250-380℃，压强在10-25MPa之间。水热气化则被用于制备氢气和甲烷，所需的温度和压强比水热液化更高。水热炭化法作为一种新型的生物炭化技术，由于不受物料含水率的制约、制备过程简单、反应条件温和、生物炭产量较高且具有官能团丰富等优点，被认为是高含水率生物质制备生物炭较为理想的方法。因此，水热炭化法将是一种经济的污泥资源化利用途径。同时，相关研究者发现通过水热法可以制备高效的催化剂，例如Yao et al.等人通过水热法制备Co₃O₄-氧化石墨烯催化降解苯酚(Y.J.Yao,Z.H.Yang,H.Q.Sun,S.B.Wang,Ind.Eng.Chem.Res.51(2012)14958-14965)。

当前，硫酸根自由基引发剂例如过一硫酸盐作为一种强氧化剂，已被人们开发应用。

本发明设想通过水热法将污泥处理与MeO_x催化剂有效结合，协同催化降解染料废水。同时需要解决以下三个问题：(1)将污泥处理与MeO_x催化剂结合的可行性；(2)多相复合型催化剂的催化降解效率及稳定性；(3)污泥中各种重金属的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种基于湿污泥处理制备多相复合型金属氧化物(MeO_x)催化剂的方法，该方法条件温和，操作简单，绿色经济，环境友好，避免传统污泥处理带来的二次污染。

本发明还提供一种由上述制备方法得到的多相复合型催化剂，该催化剂能够有效催化Oxone产生自由基，对染料废水进行处理，降解效率高。且该催化剂采用污泥作为原料，来源广泛，制备成本低。

本发明同时提供一种上述多相复合型催化剂在催化降解染料废水中有机污染物的应用方法，操作简单，同时多相复合型催化剂可多次重复利用，稳定性高，处理成本低。同时污泥中的重金属也能够很好地被固定在该多相复合型催化剂中，避免浸出影响水体环境。

本发明提供的技术方案为：一种基于污泥处理制备多相复合型催化剂的方法，包括：将金属盐加入到湿污泥中，搅拌，静置，加入过硫酸盐水溶液，在120-250℃条件下进行水热反应同时搅拌，水热反应完全后，冷却，将固体分离，水洗，烘干得到多相复合型催化剂。

所述的湿污泥为不同废水处理厂的初沉池、二沉池、浓缩池中的好氧或厌氧污泥。例如，所述的湿污泥源于污水处理厂、啤酒厂、造纸厂、化工厂中的好氧或厌氧污泥，包括初沉池、二沉池和浓缩池中的好氧或厌氧污泥，作为优选，所述的湿污泥中水的重量百分比含量为50-90％，进一步优选为70-90％；更进一步优选为80％。选用湿污泥，一方面是水热炭化本身就需要水参与，这对难脱水的污泥而言是相当有利；另一方面，污泥产量逐年增加，利用污泥作为活性MeO_x的载体，为湿污泥的资源化利用寻找另一条途径。