申请日2013.03.27
公开(公告)日2014.02.12
IPC分类号C02F1/78; B01J27/24
摘要
本发明提供了一种热处理赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用方法，属于水处理技术和环境功能材料领域。热处理赤泥催化剂的性状可为粉末或颗粒，以铝工业废物赤泥为主要原料，采用高温热处理实现赤泥组分的优化重组，提高赤泥催化活性;热处理赤泥催化剂可强化臭氧对水中难降解有机污染物的去除。本发明解决了现有催化臭氧氧化技术中催化剂活性差、制备成本高的问题。作为一种水深度处理技术，热处理赤泥催化臭氧氧化技术工艺简单、成本低廉，且对难降解有机污染物的除污染效果好，这些优点有利于热处理赤泥催化剂在水处理技术中的高效应用，提高常规水处理技术的净化效果，为水中难降解有机污染物的净化提供一种新型、高效、价廉的水处理催化剂和深度处理技术。
权利要求书
1.热处理赤泥催化剂的制备及其水处理中的应用，其特征在于：采用热处理方法实现赤泥 自身矿物成分的优化，提高赤泥的催化活性;热处理赤泥可以作为高效催化剂应用水处 理技术中，实现强化臭氧分解，产生具有强氧化能力的羟基自由基，完成对水中难降解 有机污染物的强化去除，提高出水水质。
2.根据权利要求1所述的热处理赤泥催化剂，其特征在于可以通过如下过程完成制备：
(1)清洗，将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除赤泥原矿表面的灰分，于70℃ 的温度下烘干;
(2)高温处理准备，称取清洗后的赤泥2.0～3.0克，置于洗净烘干后的瓷坩埚内，将瓷 坩埚盖上坩埚盖，放到马弗炉内，进行高温处理;
(3)高温处理条件，以8～12℃/min为升温速率，升高马弗炉内温度至390～410℃，并 在390～410℃下保温3.5～4.5小时;
(4)降温条件，以8～12℃/min为降温速率，降低马弗炉内温度至23～27℃，并在23～ 27℃条件下保持6～10小时;
(5)研磨与过筛，降至23～27℃后得干燥粉末，将其研磨并过筛，选取粒径在0.075～ 0.15mm范围的颗粒。
3.根据权利要求2所制备的热处理赤泥催化剂，其特征在于热处理赤泥催化剂的主要成分 组成为：SiO248%，Fe2O324%，CaCO35%，α-FeOOH2%，TiO22%，Na8(AlSiO4)6(NO2)216%，Al(OH)30%。
4.根据权利要求2所制备的热处理赤泥催化剂，其特征在于热处理赤泥催化剂的比表面积 为22.74～22.94m2/g，总孔容为0.071～0.073mL/g，平均孔径为8.14～8.54nm。
5.根据权利要求1所述的热处理赤泥催化剂在水处理中的应用，通过以下几个步骤实现：
(1)工艺所需臭氧浓度为1.8～2.2mg/L;
(2)工艺所需赤泥基催化剂投量为450～550mg/L;
(3)待处理水体中难降解有机污染物浓度为0.7～1.3mg/L水平;
(4)臭氧、催化剂和污染水体的接触时间为20～40min;
(5)待处理水体pH范围为6.0～8.0。
说明书
一种热处理赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用
技术领域
本发明涉及一种多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术及其催化剂的制备方法。
背景技术
近年来，随着化工合成产品在人们日常生活及工农业生产中的大量应用，水环境中难降 解有机污染物和新型污染物的种类、含量明显增加。日趋复杂的水污染状况，给我国水质安 全保障技术提出了新的挑战。由于常规给水处理和污水处理工艺是以去除水中悬浮及胶体污 染物为主，对有机污染物，特别是对难降解有机污染物的去除能力十分有限，甚至无能为力。 因此，必须借助深度处理技术来进一步保障水质安全。其中，多相催化臭氧氧化技术没有向 工艺中引入其它能量和有毒有害的化学药剂，催化剂可一次性填装于反应器内，操作简单、 便于在实际的水处理工艺中应用。但目前所采用的催化剂普遍存在催化效率低、成本高、且 具有一定的选择性，难以满足实际需求。因此，迫切需要开发和制备新型、高效和经济的催 化剂，以解决饮用水中低浓度的难降解有机污染物的去除问题。
赤泥作为氧化铝生产过程中产生的强碱性废渣，含有大量的铁、铝、钛、钙等金属氧化 物，其主要矿物成分包括赤铁矿(α-Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)、三水硬铝石(Al2O3·3H2O)和石 英(SiO2)等。可见，赤泥是多种高效水处理化学品的基本制备原理，具有催化臭氧氧化除污染 的应用潜能。近年来，我国对原铝的需求量逐年增加，赤泥的产生量也呈现出逐年增加的态 势。鉴于此，采用适度的处理技术改变赤泥表面结构和优化矿物组成，可提高赤泥在催化臭 氧氧化过程中的催化活性。
发明内容
本发明旨在提供一种新型、高效和经济的催化臭氧氧化水深度处理技术及其催化剂制备 方法。该催化剂可以显著强化臭氧分解产生羟基自由基，最终实现难降解有机污染物的强化 去除。与其它催化臭氧氧化水处理技术相比较，本发明可显著提高除污染效能，同时大大降 低了催化剂的原料成本和制备成本，并且资源化利用了工业废物赤泥，实现“以废治废、变废 为宝”。
本发明提供一种热处理赤泥催化剂的制备及其在水处理技术中的应用，其特征在于(一) 采用热处理方法实现赤泥自身矿物成分的优化，提高赤泥的催化活性;热处理赤泥可以作为 高效催化剂应用水处理技术中，实现强化臭氧分解，产生具有强氧化能力的羟基自由基，完 成对水中难降解有机污染物的强化去除，提供出水水质;其特征在于(二)热处理赤泥催化 剂可以通过如下过程完成制备：(1)清洗，将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除 赤泥原矿表面的灰分，于70℃的温度下烘干;(2)高温处理准备，称取清洗后的赤泥2.0～ 3.0克，置于洗净烘干后的瓷坩埚内，将瓷坩埚盖上坩埚盖，放到马弗炉内，进行高温处理; (3)高温处理条件，以8～12℃/min为升温速率，升高马弗炉内温度至390～410℃，并在 390～410℃下保温3.5～4.5小时;(4)降温条件，以8～12℃/min为降温速率，降低马弗炉 内温度至23～27℃，并在23～27℃条件下保持6～10小时;(5)研磨与过筛，降至23～27 ℃后得干燥粉末，将其研磨并过筛，选取粒径在0.075～0.15mm范围的颗粒。其特征在于(三) 热处理赤泥催化剂的主要成分组成为：SiO248%，Fe2O324%，CaCO35%，α-FeOOH2%，TiO22%，Na8(AlSiO4)6(NO2)216%，Al(OH)30%;其特征在于(四)热处理赤泥催化剂的比表面积 为22.74～22.94m2/g，总孔容为0.071～0.073mL/g，平均孔径为8.14～8.54nm;
本发明提供了一种热处理赤泥在水处理中应用的方法，其特征在于(五)该技术通过以 下几个步骤实现：(1)工艺所需臭氧浓度为1.8～2.2mg/L;(2)工艺所需赤泥基催化剂投量为 450～550mg/L;(3)待处理水体中难降解有机污染物浓度为0.7～1.3mg/L水平;(4)臭氧、 催化剂和污染水体的接触时间为20～40min;(5)待处理水体pH范围为6.0～8.0。
