[发明专利]一种用于煤化工废水深度处理的锰基金属催化剂的制备方法

说明书

本发明提供一种锰基催化剂的制备方法，包括活性成分的合成、氨基化改性及掺杂和催化剂成型步骤。本发明中的催化剂1)催化臭氧氧化煤化工废水中难降解有机物的性能明显优于现有浸渍法制备的铝基催化剂，且催化剂的性质稳定、反应活性好；2)采用水热合成法通过双还原体系的氧化还原反应生成性能较优的MnO₂，先氨基化改性提高催化剂稳定性，为提高反应过程电子传输效率以掺杂石墨烯(GO)的方式进行改性；3)低价金属镁、铁的掺杂，有利于提高催化剂中氧空位的含量，有助于活性氧的产生；4)氨基化改性可明显提高催化剂的稳定性，有助于催化剂的重复利用，对于降低催化臭氧氧化煤化工废水中的有机物成本具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种用于煤化工废水深度处理的锰基金属催化剂的制备方法，特别是针对煤化工废水中难降解杂环化合物的脱除的臭氧催化的氧化催化剂，该催化剂是一种“非贵金属-石墨烯-氧化铝”复合催化剂，本发明用于废水处理技术领域，属于工业催化领域。

背景技术

我国多煤少油的能源结构特点，决定了煤化工在保障国家能源安全方面具有重要战略意义。煤化工作为煤炭直接利用的重要领域，在生产的各个工段都会有不同量的废水产生，且煤化工废水的污染物浓度高、成分复杂、处理难度大。2018年中国的焦炭产能为6.8亿吨，每吨焦炭的废水产生量均为0.5m3，煤化工废水含有588种有机物，其中苯酚、喹啉、吡啶等难降解有机物由于难以降解会导致膜浓缩、蒸发结晶无法正常运行，还造成结晶盐须按危废处置，显著增加废水处理成本及环境污染风险，严重制约煤化工产业绿色可持续发展，是亟待解决的问题。

高级氧化技术(AOPs)因其较好的处理效果、合理的生产成本、不会产生二次污染等优势成为工业废水深度处理非常具有前景的处理技术。在众多的高级氧化技术中，臭氧氧化技术发展较为成熟、应用市场巨大，但臭氧直接氧化难降解有机物的矿化度较低、TOC(总有机碳)去除效果不够理想，臭氧直接氧化具有较强选择性的缺点使得较多的杂环有机物不能得到有效降解。臭氧催化氧化技术主要利用催化剂与臭氧发生作用使得反应体系中·OH、-O2等自由基的浓度大幅度提高，自由基具有较高的氧化能力且氧化过程中不具有选择性，所以臭氧催化氧化技术具有更强的技术优势、更优的经济效果，高效催化剂的开发为本课题的核心内容。

目前对于臭氧催化氧化的催化剂已有大量的研究，催化剂的活性组分主要为各种金属氧化物(Mn、Fe、Cu、Co等元素的氧化物)，而催化剂载体主要有Al3O2、CeO2、活性炭、沸石、二氧化硅等，但对于Mg系列的催化剂鲜有报导。开发高效的催化剂对于废水臭氧催化氧化技术的发展具有重要的推动作用，对于进一步脱除难降解有机污染物具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有催化氧化技术存在的技术问题，提供一种高效稳定的锰基催化剂，用于煤化工废水深度处理，具有较优COD(化学需氧量)去除率、矿化度较高且催化剂性能稳定。

本发明的具体技术方案如下：

一种锰基催化剂的制备方法，催化剂的制备中各组分的计量以份数计，催化剂的活性组分包括：

(a)高锰酸钾30-45份；

(b)硫酸锰30-60份；

(c)醋酸锰0-10份；

(d)氧化石墨烯0-5份；

(e)硝酸镁0-10份；

(f)硝酸铁0-10份。

其中，各物质均配置为溶液进行混合，溶液的浓度为1-3mol/L。

一种锰基催化剂的制备方法，包括活性组分的合成、催化剂成型两个步骤，具体步骤如下：