[发明专利]一种炭基复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭基复合催化剂的制备方法及应用，属于废水处理技术领域。

背景技术

造纸、印染、医化等行业是与我国国民经济关系密切的重要基础原材料产业，其生产过程产生的废水排放量大、组成复杂、污染浓度高，在日益严格的排放标准与污染减排压力下，常规生物处理工艺难以实现出水达标。高级氧化技术具有氧化能力强、对污染物无选择性、反应彻底、无二次污染、可连续性操作、占地面积小等优点，被广泛应用于难降解工业废水的处理，高级氧化技术为工业废水生化处理尾水深度处理提供了一个较好的途径。

催化臭氧化是近年发展起来的一种新型高级氧化技术，在臭氧化过程中促进臭氧分子分解，以产生强氧化自由基-羟基自由基强化臭氧化性能，降解废水中的污染物质。目前，催化臭氧氧化技术因其对污染物去除性能较好，已广泛应用于工业废水深度处理。但商业催化剂在催化臭氧化过程中存在处理效率低、难以回收利用等问题。

发明内容

针对目前商业催化剂的不足，本发明提供一种炭基复合催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有催化活性高、吸附脱附性能优、结构稳定、制备简便等特点，催化臭氧氧化处理造纸废水、印染废水等生化单元尾水后出水水质稳定达到一级A标准，且对工业废水中特殊污染物具有优异的去除性能，有效降低出水生态风险。

一种炭基复合催化剂，以颗粒状椰壳活性炭为载体，负载Fe型或TiO₂型催化剂；

所述的载体-颗粒椰壳活性炭粒径范围为0.6-0.9mm；

所述的Fe型或TiO₂型催化剂质量百分数含量控制在5%，呈固体颗粒状，粒径为毫米级；

所述催化剂上Fe型或TiO₂型催化剂颗粒均匀分布在活性炭表面。

一种所述的炭基复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将椰壳活性炭粉碎筛选粒径范围0.6-0.9mm的颗粒活性炭；

(2) 将筛选好的活性炭进行清洗-烘干-碱洗-酸洗-清洗-烘干活化；

(3) 将Fe型或TiO₂型催化剂进行研磨，加入去离子水配置成过饱和悬浊液，期间匀速搅拌；

(4) 采用过量浸渍法制备复合炭基催化剂，将步骤(2)活化好的活性炭载体置于步骤(3)配置好的过饱和悬浊液中进行吸附，慢速搅拌，滤去水分、烘干，最后经高温焙烧得到炭基复合催化剂。

所述的步骤(2)选用质量百分浓度10% NaOH溶液进行碱洗，选用质量百分浓度10% HNO₃溶液进行酸洗，酸洗前采用去离子水清洗，同时超声5min。

所述的步骤(4)焙烧温度为550℃，焙烧时间2小时。

一种所述的炭基复合催化剂的用途，催化臭氧化深度处理工业废水。

所述的工业废水为造纸工业废水。

本发明的优点：

本发明的制备方法简便，催化剂催化活性高、处理效率好、回收率高且对污染物去除性能好。尤其是对污水厂(站)二级生化处理尾水处理效果好，色度、COD去除性能分别达到92%、70%以上，出水COD浓度稳定在50mg/L以内，对于废水中的酯类、酚类等物质等具有良好的去除性能，同时催化剂回收率稳定在92%以上。

具体实施方式

实施例1

称取颗粒椰壳活性炭(粒径范围为0.6-0.9mm)置于烧杯中去离子水冲洗去除灰分、烘干，将其浸泡于质量百分浓度10% NaOH溶液中除去油渍，浸泡过程中不断缓慢搅拌，去离子水多次冲洗，将其置于超声清洗器中超声5分钟，再浸于10% HNO₃溶液中2 h，去离子冲洗后，于105℃ 烘干。称取过量Fe型催化剂磨碎加入烧杯中（Fe型催化剂可以采用商业来源或者自制，本领域技术人员可以自由选择），加入去离子水配制成悬浊液，再将活化干燥的活性炭置于烧杯中，慢速搅拌1h，滤去水分、烘干，重复操作3次。将最终制备的复合型催化剂于550℃马弗炉中进行焙烧活化。经筛网滤去杂质后，得到Fe型炭基复合催化剂。

在pH为7.8-8.2、臭氧浓度6mg/L、催化剂5g/L、反应温度25℃、反应时间60min，催化剂焙烧温度为550℃条件下，制备的Fe型炭基复合催化剂对造纸废水生化尾水臭氧氧化处理性能较好，色度、COD去除率分别达92.0%、71.3%，出水COD浓度降至33mg/L，满足《制浆造纸工业水污染排放标准》(GB3544-2008)一级A(<50mg/L)要求。