[发明专利]一种高效处理氨氮废水的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可在相对较低温度下高效处理氨氮废水的催化剂及其制备方法。将硝酸铈与其它金属(Cu、La、Mn、Al)的前驱体混合后，加入氧化剂，并利用碱液调节溶液的pH，然后进行水热反应，水热处理过程结束后将所得固体进行干燥、焙烧，得到复合氧化物载体。在催化剂载体上进行贵金属负载，最后进行焙烧处理，得到所需催化剂。该催化剂有较好的活性，能够在相对较低的温度下进行氨氮废水的有效处理。

技术领域

本发明属于环境保护和催化材料技术领域，涉及一种高效处理氨氮废水的复合氧化物负载纳米贵金属的催化剂及其制备方法。

背景技术

我国重点发展煤化工的区域，多为水资源匮乏及生态脆弱的地区，同时煤化工过程所排放的废水十分难处理，对环境污染严重，如何解决上述问题成为影响煤化工发展的关键因素。煤化工废水具有高氨氮、高盐、高色度、高含酚量等特点，随着环保力度的不断加大，需要对这类废水进行针对性的处理。此外，废水中氨氮的存在不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭、破坏水体生态平衡，而且增加生活和工业用水前处理的难度和成本，甚至对人类产生毒害作用。开发绿色高效的氨氮废水处理技术、经济有效地控制水体中的氨氮，已是刻不容缓。

绿色高效是新技术发展的内在要求，催化湿式氧化技术是符合这一要求的新型水处理技术。该法通过催化剂的催化作用，在一定温度和压力下，仅利用氧气或空气就可将污水中的有机和氨氮污染物分别氧化为CO₂、N₂和H₂O。无需考虑氨氮二次处理问题，且不会因为加入化学药剂而引入二次污染。与广泛应用的生物处理法相比，催化湿式氧化技术更为节能和高效，尤其适合生物法难以处理的有毒氨氮废水，因而在经济和技术上更具有竞争优势。

催化湿式氧化技术处理氨氮废水的主要难题在于，现有催化剂若要达到较好的处理效果需要高温高压，条件苛刻。研制开发低温高效的催化剂不仅能加快催化湿式氧化技术处理氨氮废水的工业应用步伐，有效解决我国水资源的氨氮污染问题，而且在多相催化(尤其是催化选择氧化)科学领域具有重要的学术价值。

Bernardi等通过等体积浸渍法将Pt负载在二氧化钛载体上得到Pt/TiO₂，将催化剂用于含有氨氮的废水处理，结果表明当反应温度为200℃，压力为5MPa时，该催化剂表现出最佳的活性，N₂选择性高于97.5％。(M.Bernardi,M.Le Du,I.Dodouche,et al.AppliedCatalysis B:Environmental,2012,128:64-71.)

Huang通过共沉淀法制备得到纳米尺度的Pt-Pd-Rh复合氧化物催化剂，采用催化湿式氧化法处理氨氮水溶液，结果表明当反应温度为200℃，氧分压为2MPa时，氨氮转化率为94.5％，N₂选择性为75.9；当反应温度为150℃，氧分压为2MPa时，氨氮转化率为63.4％，N₂选择性为70.9％。(Chang-Mao Huang,Journal of Hazardous Materials,2009,163(1):180-186.)

Wang等先制备得到0.2TiZrO₄(20％mol％TiO₂)载体，再经过等体积浸渍法将贵金属Ir、Rh、Pd、Pt、Ru等作为活性组分负载到该载体用于氨氮废水的处理中，结果表明，当反应温度为270℃，氧气压力2MPa，贵金属负载量为0.5％时，氨氮转化率的大小依次为Ru/0.2TiZrO₄(75％)>Pt/0.2TiZrO₄(60％)>Rh/0.2TiZrO₄(54％)>Pd/0.2TiZrO₄(39％)>Ir/0.2TiZrO₄(32％)。催化效果表现较好的是贵金属Ru催化剂。(Yamin Wang,Wenjing Sun,Huangzhao Wei,et al.Catalysis Science&Technology,2016,6:6144-6151.)