[发明专利]一种催化臭氧形成高级氧化的微通道整砌填料

说明书

本发明涉及一种催化臭氧形成高级氧化的微通道整砌填料，用于臭氧处理废水，采用刨花状钢材或铁屑为原料置于模具中，通过机械压缩成单元模块，其堆积密度ρ为100～730kg/m³，形成大量的微通道，微通道孔径在5.0～0.5mm范围；使用氧化剂对其表面进行钝化改性，材料表面形成γ‑FeOOH致密层，辅以外包装，起整流作用，形成整砌填料。臭氧在所述整砌填料的微通道内形成·OH，氧化废水中的有机物。与现有技术相比，本发明具有的大量“微通道”结构，大大提高了寿命只有纳秒级的·OH碰撞有机物分子的几率，·OH利用率提高；且“微通道”不规则的几何形状，改善了气液两相传质，提高了催化臭氧氧化有机物的效果。

技术领域

本发明涉及填料制造技术领域，具体涉及一种催化臭氧形成高级氧化的微通道整砌填料。

背景技术

填料是装填于化工反应器的基本构件，为气液反应物提供传质条件和化学反应提供反应场所，填料须有巨大的比表面积和孔隙率，且几何形状易于形成多相流体在其内部的错流、紊流，以促进多相界面的传质和化学反应。工业上应用的填料种类很多，拉西环是使用最早的一种填料，结构简单、制造容易，但填料层存在偏流和沟流现象，操作弹性范围较窄；网体整砌填料特点是网材薄，比表面积和空隙率都很大，气体阻力小，传质效率高。填料性能的改进，将大幅度提高生产效率。

随着工业废水排放要求的提高，化学方法不断引进于污水处理工艺。臭氧在给水处理领域的应用已有较长历史；在污水处理领域，利用臭氧自身的氧化能力，氧化部分有机物，已有一批研究成果，也有少量工程实践。但臭氧自身氧化能力较弱，不能彻底降解绝大部分有机物，且部分有机物经臭氧不完全氧化后，分子官能团改变，生物毒性更强，由此限制了臭氧作为工业废水生物预处理的应用。诱发臭氧产生羟基自由基，对不能被普通氧化剂氧化的有机物进行氧化降解，实现有机物的彻底分解，即形成高级氧化技术，已成为当前的研究热点。臭氧形成高级氧化机制有多种途径，如：使用H₂O₂、UV耦合活化，贵金属氧化物催化(如TiO₂)等，这些方法虽已有大量的研究，但工程应用规模很小。

现有技术虽有铁材料与臭氧反应形成高级氧化机制的废水深度处理方法，如专利CN100591632C，但其中的零价铁并不是真正意义的催化剂，而是反应物；零价铁与臭氧反应过程中形成·OH，具有较强的氧化作用，氧化废水中的有机物，部分小分子有机物甚至直接氧化为CO₂和H₂O。上述的铁材料，在反应过程中生成Fe²⁺或Fe³⁺陆续被消耗殆尽，材料使用寿命短，一般仅在3～5个月就需要更换一批，处理成本高。

专利申请CN 106396077 A公开了一种催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料，其特征在于将钢材在刨床上刨成刨花状，或直接使用刨花状铁屑，然后对其进行表面改性，将改性后的材料通过机械压缩，制成单元化填料；所述单元化填料形态为半成品形态和成品形态；比表面积为820m²/m³至5700m²/m³，空隙率为：91.0％至98.7％。尽管该专利申请制成了表面积可到5700m²/m³，且孔隙率很高的填料，但由于没有掌握比表面积与堆积密度之间的关系，加工中没有控制机械压缩的初始高度，由此导致压缩后部分“微通道”堵死现象，造成有效比表面积大大减小；在制备过程中，先将材料表面改性再进行机械压缩，破坏了改性后已形成的保护层，容易使材料在催化臭氧氧化过程中成为反应物，快速消耗掉。