[发明专利]一种负载型活性炭臭氧催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种负载型活性炭臭氧催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将颗粒活性炭置于KMnO₄水溶液中浸泡、干燥后，再置于Ce(NO₃)₃.6H₂O水溶液中浸泡、干燥，然后，在绝氧条件下，对浸泡后的颗粒活性炭进行灼烧，得到活性炭复合颗粒；(2)在超声波辐照条件下，对所述活性炭复合颗粒进行洗涤和活化，得到负载型的活性炭臭氧催化剂。本发明将颗粒活性炭浸渍于KMnO₄水溶液和Ce(NO₃)₃.6H₂O水溶液中，干燥后再进行灼烧处理，并采用超声波处理方式进行洗涤和活化，得到了负载型的活性炭臭氧催化剂，该催化剂能够加速臭氧分解，显著提高臭氧对有机污染物催化降解的效率。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种负载型活性炭臭氧催化剂的制备方法及应用。

背景技术

在国内外，臭氧氧化系统已广泛用于废水处理领域，例如：垃圾渗滤液以及纺织、制药和化学工业废水的处理等；其主要用于去除难降解有机污染物，如：垃圾渗滤液中的腐殖质和可吸附的有机卤代物，纺织废水中的有色芳香族化合物，制药和化学工业产生的有毒或杀生性物质。

臭氧是一种氧化性很强的强氧化剂，氧化还原电位为2.07V，在自然界中仅次于氟(2.87V)，被广泛应用废水处理。目前公认臭氧通过两条途径与水中有机物进行反应：

一条途径是，有机物与溶解于水的臭氧直接反应，主要发生在酸性或中性条件下，氧化产物不是二氧化碳和水，而是一些中间产物，如一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸等有机小分子。

另一途径是，有机物与臭氧分解过程中产生的羟基自由基·OH进行的间接反应，主要发生在碱性条件下，此类反应可认为是一种高级氧化过程，反应产物也并非二氧化碳和水，而是碳酸盐类的累积，碳酸盐和碳酸氢盐作为自由基的净化剂，能够终止链反应的进行。

上述途径中，直接反应的速度较慢，具有高度选择性和专一性；而间接反应的速度则相对更快。

尽管臭氧具有较强的氧化能力，但臭氧是一种选择性的氧化剂，并不能氧化所有的污染物。为了提高臭氧工艺的处理效果，近年来发展的臭氧催化氧化技术可以有效提高污水中有机污染物的去除率和臭氧的利用效率。

自从Jans和Hoigne发现在水溶液中活性炭是一种加速臭氧分解并生成.OH的促进剂后，活性炭作为催化剂被越来越多研究者进行研究。而更多的研究者将活性炭用作催化剂载体，在其上负载Mn、Fe、Ti、Ni、Co和Ce等金属氧化物作为催化剂，进一步提高其催化活性。

申请公布号为CN106807362A的发明专利申请公开了一种负载二氧化锰活性炭催化剂及其制备方法与应用，该方法为(1)将部分活性炭粉、粘合剂和造孔剂混匀，通过糖衣制备机得到原料核；在惰性气体保护下，将原料核进行焙烧，冷却，得到活性炭载体核；(2)将高锰酸钾固体颗粒、硫酸锰水溶液与剩下的活性炭粉混合均匀后，加入到活性炭载体核中，并通过糖衣制备机制备活性炭颗粒；(3)在氮气或二氧化碳的氛围下，将活性炭颗粒进行烧结，制得负载二氧化锰活性炭臭氧催化剂。

由于催化臭氧氧化技术的反应机理尚不明确，目前均处于推测阶段，所以对于本领域人员而言还难以指导催化剂的选型与设计；而且高效能催化剂的制备以及催化剂与臭氧氧化反应器的结构之间还均存在技术不成熟的问题，这就限制了催化臭氧氧化技术在实际工程中应用，使得催化臭氧氧化技术在实际工程中鲜有成功案例的报道。

因此，开发适宜的活性炭催化臭氧技术，突破活性炭催化臭氧氧化技术在难生物降解废水深度处理过程中存在的共性技术瓶颈，将是活性炭催化臭氧氧化技术的工程化应用技术开发的一个重要途径。

发明内容