申请日2018.04.08
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号B01J21/18; B01J27/02; B01J27/24; B01J35/00; B01J37/02; B01J37/08; C02F1/32; C02F1/72; C02F11/00; C02F101/38; C02F101/34
摘要
本发明光催化过氧化氢氧化处理有机工业废水及其催化剂的制备与应用，属于水处理技术和环境保护领域。光催化过氧化氢氧化处理有机工业废水具有化学性质稳定、无毒、成本低、催化效率高等优点。在处理难降解有机物及微污染水中具有一定的优势，是一种很有发发展前景的水处理技术。本发明主要是利用城市剩余污泥来制备污泥炭或表面改性的污泥炭催化剂，通过紫外光的照射下耦合过氧化氢对工业废水中的有机污染物进行降解，从而净化污水。本发明有利于光催化过氧化氢氧化技术的工业化应用及推广。
权利要求书
1.一种污泥炭光催化过氧化氢氧化催化剂的制备方法，其特征在于：
(1)将城市生活污水或工业污水处理厂脱水后的污泥，在60～140℃(较佳为100～120℃)干燥2～48h(较佳为12～24h)，通过机械将其粉碎，让其过200～300(较佳为200目筛)目筛，最后得到污泥的粉末;
(2)所得污泥粉末加入水(水的重量为污泥粉末重量的10～80wt.%(较佳为20～30wt.%))或污泥粉末与成型助剂进行充分混合后，加入水(水的重量为污泥粉末重量的10～80wt.%)(较佳为20～30wt.%)，进行充分混捏后挤条，所用成型助剂为：聚阴离子纤维素(PAC)或羟乙基纤维素(HEC)中的一种或两种，成型助剂用量为污泥粉末重量的0.01～5wt.%(优选0.1-1wt.%)，挤出直径为2～6mm(较佳为2～3mm);
(3)用氮气充当保护气，把挤出来的柱状污泥用2～10℃/min(较佳为3～5℃/min)从室温升温至60～140℃(较佳为100～120℃)干燥2～5h，之后在350～850℃(优选400-600℃)下进行煅烧2～8h(较佳为3～4h)后，将其冷却到常温，最后得到污泥炭;其可直接作为污泥炭光催化过氧化氢催化剂;
或，(4)将步骤(3)得到的污泥炭用5～60wt.%(较佳为10～30wt.%)的硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、高氯酸、醋酸(优选20-40wt.%)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种以上浸泡0.5～24h(较佳为12～24h)，对其处理的温度为10～85℃(较佳为20～40℃)，再用去离子水冲洗浸泡后的污泥炭至出水pH值为6～8后，把处理后的污泥炭在15～110℃(较佳为105℃)烘干后，便制得表面改性的污泥炭催化剂，其亦可直接作为污泥炭光催化过氧化氢催化剂。
2.一种权利要求1所制备获得的污泥炭光催化过氧化氢催化剂，所述污泥炭光催化过氧化氢催化剂为权利要求1步骤(3)所制备获得的污泥炭和/或权利要求1步骤(4)所制备获得的表面改性的污泥炭催化剂。
3.一种权利要求2所述污泥炭电化学催化剂在光催化过氧化氢氧化处理有机工业废水中的应用，即权利要求1所述污泥炭或表面改性的污泥炭催化剂在光催化过氧化氢氧化处理有机废水中的应用。
4.按照权利要求3所述的应用，其特征在于：
所述催化剂用于光催化过氧化氢氧化处理有机废水反应条件为：常压，废水初始pH：3～7(较佳为pH：3～4)，反应温度10～80℃(较佳为30～60℃)，H2O2(mg/L)：COD(mg/L)=0.2～5.0(较佳为H2O2(mg/L)：COD(mg/L)=0.5～1.0)，光强度为50～5000W(较佳为500～2000W)，催化剂投加量为0.02～1.0g/L(较佳为0.5～1.0g/L)。
5.按照权利要求4所述的应用，其特征在于：有机废水COD为50～5000mg/L(较佳为500～1000mg/L)。
说明书
一种污泥炭光催化过氧化氢氧化催化剂及其制备和应用
技术领域
本发明涉及一种污泥炭光催化过氧化氢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催化剂，用光耦合过氧化氢作为氧化剂，用于光催化过氧化氢处理有机工业废水。
背景技术
近年来随着国家对环保力度的逐年加大，我国城镇污水的处理率不断提高，但随之带来污水处理厂剩余污泥量急剧增加。污泥作为污水处理过程中的副产物，含有大量的病菌体、寄生虫卵等有害微生物体，还含有砷、铜、汞、铬等有毒重金属及二噁英等致癌性物质。如果处理不当将会对环境造成严重的二次污染。
污泥中含有大量的有机物，在隔绝空气的条件下炭化可以得到污泥炭，常被用来吸附废水中的有机污染物和重金属。由于污泥中含有一定量无机组分，如果不经过预处理直接炭化得到的污泥炭比表面积较小，吸附量较低，限制了污泥炭吸附剂的发展。研究表明，污泥炭可以作为催化剂应用于高级氧化技术处理难降解有机废水，利用污泥炭中含有的金属作为催化剂活性组分，可以制备污泥炭催化剂，该催化剂具有成本低、催化效率高、稳定性好等特点，具有极大的应用前景。
在高级氧化技术中，光催化过氧化氢氧化技术因具有能耗低、处理成本低、反应条件温和、无二次污染等特点，成为最具产业化前景的水处理技术之一。光催化过氧化氢氧化技术是利用光作为驱动力，在催化剂的作用下催化过氧化氢产生强氧化性的羟基自由基，实现有机物的高效降解。与传统的芬顿体系相比，光催化过氧化氢氧化技术pH范围更广，可以在中性条件下直接催化过氧化氢氧化废水中的有机物，降低了调节pH的费用。由于采用非均相催化剂，避免芬顿反应过程中产生的大量铁泥。
由于催化剂在整个催化氧化过程中起着重要作用，因此对高效催化剂的研制是该方法是否能广泛应用的关键。研究表明污泥炭中的金属可以作为催化剂的活性组分制备污泥炭催化剂，在催化过氧化氢氧化过程中具有良好的催化效果和稳定性，该处理方法可用于处理包括煤化工废水、生活污水、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。目前仍未出现将污泥炭或表面改性的污泥炭作为催化剂应用于光催化过氧化氢氧化处理含新型污染物废水的研究，本发明利用污泥炭作为光催化过氧化氢氧化催化剂，实现污泥的资源化利用，有利于光催化过氧化氢氧化技术的工业化应用。
发明内容
本发明涉及一种污泥炭光催化过氧化氢氧化催化剂及其制备方法和应用，用于光催化过氧化氢氧化处理有机工业废水。
1.污泥炭光催化过氧化氢催化剂，其特征在于：
所述污泥炭催化剂的制备步骤如下：
(1)将城市生活污水或工业污水处理厂脱水后的污泥，在60～140℃干燥2～48h，通过机械将其粉碎，让其过200～300目筛，最后得到污泥的粉末;
(2)所得污泥粉末加入水(水的重量为污泥粉末重量的10～80wt.%)或污泥粉末与成型助剂进行充分混合后，加入水(水的重量为污泥粉末重量的10～80wt.%)，进行充分混捏后挤条，所用成型助剂为：聚阴离子纤维素(PAC)或羟乙基纤维素(HEC)中的一种或两种，成型助剂用量为污泥粉末重量的0.01～5wt.%，挤出直径为2～6mm;
(3)用氮气充当保护气，把挤出来的柱状污泥用2～10℃/min从室温升温至60～140℃干燥2～5h，之后在350～850℃下进行煅烧2～8h后，将其冷却到常温，最后得到污泥炭;
(4)也可以将(3)得到的污泥炭用5～60wt.%的硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、高氯酸、醋酸中的1～2种或质量分数为10～50wt.%氢氧化钠和过氧化氢中的1～2种以上浸泡0.5～24h，对其处理的温度为10～85℃，再用去离子水冲洗浸泡后的污泥炭至出水pH值为6～8后，把处理后的污泥炭在15～110℃烘干后，便制得表面改性的污泥炭催化剂。
所述催化剂用于光催化过氧化氢氧化处理有机废水反应条件为：常压，废水初始pH：3～7，反应温度10～80℃，H2O2(mg/L)：COD(mg/L)=0.2～5.0，光强度为50～5000W，催化剂投加量为0.02～1.0g/L。
有机废水COD为50～5000mg/L。
本发明的光催化氧化催化剂具有以下优点：
①原料来源广泛且易得(工业用废弃污泥来源广泛且廉价、过氧化氢价格同样低廉)、操作简便安全、技术成熟等。
②催化剂在光催化氧化反应中长时间运行稳定性好。
③污泥炭催化剂将来有望在光催化过氧化氢氧化处理难降解有机废水的工业化装置上得到广泛应用。
本发明光催化过氧化氢氧化处理有机工业废水具有化学性质稳定、无毒、成本低、催化效率高等优点。在处理难降解有机物及微污染水中具有一定的优势，是一种很有发发展前景的水处理技术。本发明主要是利用城市剩余污泥来制备污泥炭或表面改性的污泥炭催化剂，通过紫外光的照射下耦合过氧化氢对工业废水中的有机污染物进行降解，从而净化污水。本发明有利于光催化过氧化氢氧化技术的工业化应用及推广。