申请日2018.04.08
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号B01J23/44; B01J23/46; B01J27/16; B01J35/00; B01J37/02; B01J37/08; C02F1/461; C02F1/72; C02F101/34
摘要
本发明制备了一种耐高温，耐腐蚀，催化性能优良的高效污泥炭催化剂，应用于电化学处理难降解有机废水，属于水处理技术和环境保护领域。该污泥炭化学性质稳定，可以在酸性和碱性溶液中稳定存在，可以提高电化学氧化有机物的效率，有利于电化学氧化处理难降解有机废水技术的发展。
权利要求书
1.污泥炭电化学催化剂的制备方法，其特征在于：
(1)取城市生活污水厂的污泥，在80～120℃的温度条件下干燥10～48h，之后将其进行粉碎，利用50～300目筛过滤，获得污泥粉末样品;
(2)使用氮气作保护气，在反应炉中以300～900℃(较佳温度400-600℃)温度条件煅烧3～7h(较佳时间2-4h)，冷却至室温，获得污泥炭粉末;
(3)将(2)中得到的污泥炭用质量分数为10～50wt.%(较佳为20～30wt.%)的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、高氯酸中的1种或2种以上，或质量分数为10～50wt.%(较佳为20～30wt.%)氢氧化钠和过氧化氢中的1种或2种，浸泡2～24h，控制温度在0～90℃(较佳温度20-40℃)之间，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水pH值6～8(较佳为7)，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在10～150℃(较佳为60～80℃)，即得到表面改性的污泥炭粉末，其可直接作为污泥炭电化学催化剂。
2.按照权利要求1所述的污泥活性炭催化剂的制备方法，其特征在于：
将权利要求1制备获得的污泥炭粉末和/或表面改性的污泥炭粉末浸泡在RuCl3、H2PtCl6、Pd(NO3)2、RhCl3或IrCl3中一种或两种以上盐溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为0.01～5.0wt.%，在300～900℃(较佳温度400-600℃)温度下，隔绝空气煅烧2～8h得到的产物即为所需的污泥炭电化学催化剂。
3.一种权利要求1或2所制备获得的污泥炭电化学催化剂。
4.一种权利要求3所述污泥炭电化学催化剂在电化学氧化处理有机废水中的应用，所述污泥炭电化学催化剂为权利要求1所制备获得的表面改性的污泥炭粉末和/或权利要求2所制备获得的污泥炭电化学催化剂。
5.按照权利要求4所述污泥炭电化学催化剂的应用，所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：反应温度为10～70℃(较佳为30～50℃)，搅拌速度为100～300r/min(较佳为200～300r/min);催化剂投加量为0.1～5.0g/L(较佳为0.5～2.0g/L)，电极板为Ti/RuO2+TiO2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10～50mm,电流密度为2～500mA/cm2(较佳为200～300mA/cm2)。
说明书
一种污泥炭电化学催化剂及其制备和应用
技术领域
本发明涉及一种高效稳定污泥炭电化学催化剂及其制备方法和应用，以污泥炭或表面改性的污泥炭作为载体，采用高活性不易流失的金属为活性组分制备污泥炭催化剂，用于电化学处理有机工业废水。
背景技术
城市污水处理厂在污水处理过程中会形成大量的剩余污泥，污泥中含有大量的水、有机质、无机质、微生物、寄生虫以及各种重金属。若不及时处理，将引起严重的二次污染，对人类活动、生态环境造成潜在的威胁。污泥是污水处理过程中的主要副产物，目前，我国全年污水处理量可达550m3以上，预计全年产生含水率80%的污泥3500万吨以上，干污泥700万吨以上。现存的污泥处理技术并不成熟，处理效率较低。
从国内外处理污泥方法分析对比来看，在国外由于污泥处理事业起步发展较早，目前已经形成较为成熟的工业技术。例如美国早期主要采取投海法处理污泥，结果造成了严重的水污染现象，因此逐渐摒弃污泥投海方法。随着技术的进步，现行的主要处理方法为污泥土地利用。而在国内，污泥的处理方法依旧以填埋为主，对于污泥的处理技术和处理设备相对落后，存在污泥处理率低，工艺不完善，处理过程中的管理水平设计水平较低。
随着社会经济不断发展，工业化水平不断提高，化工、冶炼、纤维制造等产业发展迅速，工业污水排放量逐年增加。有机工业废水对人体和环境有着极大的危害，因此寻求高效污水处理方法刻不容缓。高级氧化技术可以高效去除废水中的有机污染物，广泛应用于处理难降解有机废水。研究表明，污泥中含有大量的有机物，在高温条件下可以制备污泥炭。污泥炭作为高级氧化技术的催化剂，可以减少氧化剂的投加量，提高有机物的去除率，降低高级氧化技术的运行成本。
高级氧化技术中的电化学氧化法在处理低浓度高盐废水有较好的去除效果，该类废水主要包括煤化工废水、制药企业废水、膜过滤浓盐水、石化行业废水及化工企业废水等。电化学氧化处理有机工业废水过程中，投加一定量的催化剂将进一步提高有机污染物的去除率。目前仍未出现污泥炭催化剂在电化学氧化处理中的报道。若能利用污泥炭作为载体制备出低成本高活性的催化材料，同时能解决污泥处理难题，实现“以废治废”的目的，制备的污泥炭催化剂有望在电催化氧化处理难降解有机废水的工业化装置上得以广泛应用，具有很高的实际应用前景。
发明内容
本发明涉及一种污泥炭电催化剂及其制备方法和应用，用于电催化氧化处理有机工业废水。
1.污泥炭电化学催化剂，其特征在于：
(1)取城市生活污水厂的污泥，在80～120℃的温度条件下干燥10～48h，之后将其进行粉碎，利用50～300目筛过滤，获得污泥粉末样品。
(2)使用氮气作保护气，在反应炉中以300～900℃温度条件煅烧3～7h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
(3)同时也可以将(2)中得到的污泥炭用质量分数为10～50wt.%的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、高氯酸中的1～2种或质量分数为10～50wt.%氢氧化钠和过氧化氢中的1～2种，浸泡2～24h，控制温度在0～90℃之间，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水pH值6～8，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在10～150℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
2.污泥活性炭催化剂制备方法如下：
将污泥炭(或表面改性的污泥炭)浸泡在RuCl3、H2PtCl6、Pd(NO3)2、RhCl3或IrCl3中一种或两种以上溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为0.01～5.0wt.%，在300～900℃温度下，隔绝空气煅烧2～8h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
3.权利要求1所述的表面改性的污泥炭粉末或权利要求2所述的一种高效稳定污泥炭电化学催化剂的应用：
所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：反应温度为10～70℃，搅拌速度为100～300r/min;催化剂投加量为0.1～5.0g/L，电极板为Ti/RuO2+TiO2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10～50mm,电流密度为2～500mA/cm2.
本发明涉及的电化学催化剂具有以下优点：
①此种催化剂具有较大的比表面积，负载高活性贵金属组分可以很大程度提高催化效率。
②此种催化剂在电化学氧化降解工业废水有机物过程中不易分解，具有良好的稳定性。
③此种催化剂原料取自城市污泥，废物合理再利用，美化环境，并且污泥原料成本较低，适用于大规模生产。
该污泥炭化学性质稳定，可以在酸性和碱性溶液中稳定存在，可以提高电化学氧化有机物的效率，有利于电化学氧化处理难降解有机废水技术的发展。