申请日2012.12.25
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号B01J35/10; B01J21/18; C02F1/74; C02F1/72; B01J23/745
摘要
一种降解有机废水的微波催化催化剂及其微波催化反应降解方法，其中该催化剂具有多孔结构且能够吸收微波，所述的吸收微波是指该催化剂在有水分子存在的情况下，通入氧气或空气，在微波照射下产生大量的·OH自由基。采用本发明的技术方案，能够极大的提高降解效率，且处理时间大大缩短，操作简单易行，投资和运行成本低，占地面积少，降解彻底，可降解有机废水的浓度范围广，能够连续规模处理，易于工业化生产，无二次污染，适用于印染、造纸、化工、制药等行业中有机废水的处理。
权利要求书
1.一种降解有机废水的微波催化剂，其特征在于该催化剂具有多孔 结构且能够吸收微波，所述的吸收微波是指该催化剂在有水分子存在 的情况下，通入氧气或空气，在微波照射下产生大量的羟基自由基 (·OH)。
2.如权利要求1所述的降解有机废水的微波催化剂，其特征在于该 催化剂包含如下组分：
(1)吸收微波组分，包括金属、金属氧化物、铁酸盐尖晶石以及活 性炭中的至少一种;以及
(2)多孔结构的载体。
3.如权利要求2所述的降解有机废水的微波催化剂，其特征在于所 述的金属为钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨中的一种或多种， 所述的金属氧化物为金属钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨的氧 化物中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的降解有机废水的微波催化剂，其特征在于所 述的多孔结构的载体为活性炭、铁酸盐尖晶石中的一种或两种。
5.如权利要求2或4所述的降解有机废水的微波催化剂，其特征在 于所述的铁酸盐尖晶石为MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3中的一种或两种。
6.一种采用如权利要求1-4中任一权利要求所述的降解有机废水的 微波催化剂降解有机废水的方法，包含如下步骤：
(1)采用降解有机废水的微波催化剂;
(2)微波催化剂与废水混合：采用微波催化剂均匀的悬浮在废水中、 废水均匀流经微波催化剂悬浮床层或填装有微波催化剂的固定床组 成的微波催化剂反应床层两种方式中的一种实现微波催化剂与废水 混合，形成固液混合液;
(3)微波催化氧化降解：采用微波对固液混合液进行辐照2-30分钟， 使固液混合液发生催化氧化反应。
7.如权利要求1所述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其特征 在于所述的步骤(2)中有机废水浓度为10-1000mg/L。
8.如权利要求1所述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其特征 在于所述的步骤(2)中有机废水为甲基橙废水、结晶紫废水以及含 酚废水中的一种或几种。
9.如权利要求4所述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其特征 在于所述的步骤(2)中有机废水中的有机物与复合催化剂的重量比 为1∶2-450。
10.如权利要求1所述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其特征 在于所述的步骤(3)中微波的功率为200-800W。
说明书
一种降解有机废水的微波催化剂及其催化氧化降解方法
技术领域
本发明属于催化氧化降解有机废水领域，特别涉及一种在微波场 下降解有机废水的方法。
背景技术
很多工业过程中都能产生有机废水，其主要来源是造纸、染料、 制药、有机合成、石油炼制、农药生产等工业废水。有机废水成分复 杂，难降解，可生化性差，色度高，脱色困难等特点。这类废水进入 环境中，对生态系统造成严重的危害。因此探究能使有机废水有效降 解的新方法来治理环境污染是迫切需要的。
目前用于降解有机废水的方法主要有物理吸附法，生物脱色法， 超声降解，光催化降解，湿式空气氧化法，微波辅助光催化降解法。 生物法，处理时间长，不能完全降解废水中的污染物，吸附法不能降 解污染物，只是将它们的状态进行转移，光催化法降解只适合低浓度 有机废水的处理，且处理时间长。湿式空气氧化法是在高温、高压下， 以空气为氧化剂，能耗大，对设备要求高。超声降解处理时间长，降 解效率低。微波辅助光催化降解法，实质上用微波辅助方式强化光催 化效果，还是没有完全脱离光催化，降解时间可减少，但不能处理高 浓度有机废水。
针对上述难点，我国近年来提出了下述的改进方法，采用微波技 术。
微波技术是一种新型的=废水 处理技术，近年来受到越来越广泛的 关注。有很多文献报道运用微波技术处理废水，如华中科技大学环境 科学研究所利用微波辅助光催化氧化法，处理有机废水活性艳红 X-3B，400mg/LX-3B在反应150min时的脱色率由UV/TiO2体系的 7.07%、MW体系的13.52%提高到了MW/UV/TiO2体系的56.35%，虽 然相对于光催化处理效果有所增加，但是依然存在处理时间长，处理 效率低的问题。重庆大学利用微波与无机氧化剂氧化法，处理甲基橙 废水，但是此种方法对氧化剂的依赖性很强，且氧化剂的利用率低， 导致处理成本大。还有一些研究者在运用微波技术时，加入了如双氧 水、二氧化氯等氧化剂，这些方法还是没有脱离传统的氧化技术。
综上所述，微波技术的强大功效还没有完全开发，难以实现高效、 经济地处理有机废水的理念。
发明内容
为了克服现有技术中存在的处理效率低、时间长、氧化剂利用率 低以及处理成本高等缺陷，提出一种新的降解有机废水的微波催化剂 以及降解方法，采用本发明的催化剂以及降解有机废水的方法，能够 完全降解有机废水，处理时间短，处理效率高，设备运行简单，无二 次污染。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种降解有机废水的微波催化催化剂，其中该催化剂具有多孔结 构且能够吸收微波，所述的吸收微波是指该催化剂在有水分子存在的 情况下，通入氧气或空气，在微波照射下产生大量的羟基自由基 (·OH)。
上述的降解有机废水的微波催化剂，其中该催化剂包含如下组 分：
(1)吸收微波组分，包括金属、金属氧化物、铁酸盐尖晶石以 及活性炭中的至少一种;以及
(2)多孔结构的载体。
上述的降解有机废水的微波催化剂，其中所述的金属为钛、铁、 钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨中的一种或多种，所述的金属氧化物为 金属钛、铁、钴、镍、铜、镁、钼、铋、钨的氧化物中的一种或多种。
上述的降解有机废水的微波催化剂，其中所述的多孔结构的载体 为活性炭、铁酸盐尖晶石中的一种或两种。
上述的降解有机废水的微波催化剂，其中所述的铁酸盐尖晶石为 MgFe2O4或MgFe2O4-Fe2O3中的一种或两种。
一种采用上述降解有机废水的微波催化剂降解有机废水的方法， 包含如下步骤：
(1)采用微波催化剂：该催化剂具有多孔结构且能够吸收微波， 所述的吸收微波是指该催化剂在有水分子存在的情况下，通入氧气或 空气，在微波照射下产生大量的羟基自由基(·OH);
(2)微波催化剂与废水混合：采用微波催化剂均匀的悬浮在废 水中、废水均匀流经微波催化剂悬浮床层或填装有微波催化剂的固定 床组成的微波催化剂反应床层两种方式中的一种实现微波催化剂与 废水混合，形成固液混合液;
(3)微波降解：采用微波对固液混合液进行辐照2-30分钟，使 固液混合液发生氧化反应。
上述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其中所述的步骤(2) 中有机废水浓度为10-1000mg/L。
上述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其中所述的步骤(2) 中有机废水为甲基橙废水、结晶紫废水以及含酚废水中的一种或几 种。
上述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其中所述的步骤(2) 中有机废水中的有机物与复合催化剂的重量比为1∶2-450。
上述的微波催化氧化降解有机废水的方法，其中所述的步骤(3) 中微波的功率为200-800W。
采用本发明的方法，具备如下优点：
1、微波催化反应氧化降解技术处理废水降解效率高，4-硝基苯 酚降解率≥99%，结晶紫废水降解率≥99%，甲基橙废水降解率也可 达到≥99%;而一般光催化技术降解率85%-95%;
2、微波催化反应氧化降解技术使用微波催化剂;不会受废水浑 浊影响;光催化技术使用光催化剂，一般为粉末，废水浑浊使光催化 效率降低;
3、微波催化反应氧化降解技术可处理高浓度难处理的有机废 水，光催化技术一般处理废水浓度低;
4、微波催化反应氧化降解技术不使用其它试剂;光催化技术常 常使用一些辅助试剂例如H2O2等才能达到较理想的效果;
5、微波催化反应氧化降解技术降解为无污染的二氧化碳和水， 无二次污染。
综上，采用本发明的技术方案，能够极大的提高降解效率，且处 理时间大大缩短，操作简单易行，投资和运行成本低，占地面积少， 降解彻底，可降解有机废水的浓度范围广，能够连续规模处理，易于 工业化生产，无二次污染，适用于印染、造纸、化工、制药等行业中 有机废水的处理。