申请日2018.05.21
公开(公告)日2018.10.09
IPC分类号B01J23/889; B01J23/745; B01J37/08; B01J37/16; C02F1/72
摘要
本发明涉及废水处理领域，公开了一种负载型水处理高级氧化催化剂的制备方法。所述方法主要包括如下四步：首先，原始碳材料经过高温热处理，提高其结构规整度，从而提高催化剂的整体强度及运行稳定性;第二，将上述经高温热处理后的碳材料置于一定浓度的壳聚糖溶液进行表面改性;第三，运用化学还原法制备复合金属纳米粒子;最后，将两者均匀混合，通过表面带正电的高分子壳聚糖将表面负电性的碳材料及金属纳米粒子紧密结合，从而制备出新型的水处理高级氧化催化剂。
权利要求书
1.一种水处理高级氧化催化剂的制备方法，其特征在于主要包括如下四个步骤：(1)第一步，原始碳材料经过高温热处理后备用;(2)第二步，将经过第一步处理的碳材料置于一定浓度的壳聚糖溶液，搅拌混合均匀;(3)第三步，应用化学还原法制备复合纳米金属粒子;(4)第四步，将两者按一定比例均匀混合，搅拌反应一定时间后过滤、洗涤并烘干得到催化剂产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中所述的碳材料为无定形碳、竹碳、椰壳碳或果壳碳中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中所述的高温热处理条件如下：处理温度为2000~3000℃，处理时间为6~24 h，处理过程采用氮气保护。
4.根据权利要求1、3所述的方法，其特征在于热处理过程升温速率为0.5~1 ℃每分钟，降温过程采用自然降温方式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中壳聚糖溶液的质量浓度为0.1%~2%;碳材料与壳聚糖的质量比为0.1~5:1;搅拌混合时间为0.5~2 h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步所述的化学还原法采用的还原剂为硼氢化钠或水合肼中的一种;溶剂为水或乙二醇中的一种;溶剂中溶有十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，其质量浓度为0.1~2%;反应温度为20~80 ℃，反应时间10~60 min，反应pH为中性。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步所述的复合纳米金属粒子为铁、锰、锌、铜、钛的一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第四步所述的一定比例为活性金属组分质量：基底碳材料质量为0.5~5:100，搅拌反应时间为30~180 min。
说明书
一种水处理高级氧化催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种负载型的水处理高级氧化催化剂的制备工艺方法。
背景技术
化学需氧量(COD)值是判断水体水质的一项重要指标，由于大部分废水COD值较高，且难于去除，因此如何降低废水COD指标也成为众多企业及科研机构研究的主要课题之一。目前，降低COD最好的方法为高级氧化法，而应用催化剂的高级氧化法由于操作方便，投资运行成本较低且废水处理效果较好，目前成为一种主流的废水高级氧化处理工艺，其中，催化剂是整个工艺的关键。
目前，市售催化剂的制备方法主要采用浸渍法，即通过不同金属盐溶解混合后加入载体材料进行吸附浸渍，然后高温烧结。此外，也有通过直接将金属盐混合后烧结成型制备水处理高级氧化催化剂。但上述制备方法仍存在如下问题：(1)载体材料稳定性不足，尤其是碳材料强度不够，造成催化剂的整体寿命降低;(2)活性组分与载体结合不牢固，在应用过程中容易发生脱落;(3)热处理造成活性组分团聚严重，颗粒较大，有效反应面积减小，活性不高。
针对上述问题，为制得低成本、高活性、长使用寿命的水处理高级氧化催化剂，我们通过将原始碳材料经过高温热处理后用正电性的高分子壳聚糖进行表面修饰，同时用化学还原法制备复合金属纳米粒子，之后将两者均匀混合，制得成品催化剂。
发明内容
本发明是为了解决现有水处理高级氧化催化剂制备成本高、活性较低、使用寿命不长的缺点，提供了一种新型的水处理高级氧化催化剂的制备方法，有效地解决了现有催化剂在制备以及应用过程中存在的缺陷。
本发明提供了一种水处理高级氧化催化剂的制备方法，该方法主要包括如下四步：
(1)第一步，原始碳材料经过2000~3000℃高温热处理6~24 h后备用;
(2)第二步，将经过第一步处理的碳材料置于质量浓度为0.1%~2%的壳聚糖溶液，其中碳材料与壳聚糖的质量比为0.1~5:1，搅拌0.5~2 h混合均匀;
(3)第三步，应用化学还原法制备复合纳米金属粒子，其中化学还原法采用的还原剂为硼氢化钠或水合肼中的一种;溶剂为水或乙二醇中的一种;溶剂中溶有十六烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，其质量浓度为0.1~2%;反应温度为20~80 ℃，反应时间10~60 min，反应pH为中性;而复合纳米金属粒子为铁、锰、锌、铜、钛的一种或多种组合。
(4)第四步，将两者按一定比例均匀混合，即活性金属组分质量：基底碳材料质量为0.5~5:100，搅拌反应30~180 min后过滤、洗涤并烘干得到催化剂产品。
采用本发明工艺制备的水处理高级氧化催化剂具有如下优点：
(1)基底碳材料由于经过高温热处理，规整度得到大幅度的提高，从而使催化剂的整体使用寿命加长;
(2)正电性壳聚糖可以使负电性碳材料与负电性金属粒子紧密结合，在应用过程不易脱落，从而在提高催化剂活性的同时提高其使用寿命;
(3)制备的催化剂没有经过热处理，避免了其表面活性组分的团聚从而有效提高活性组分与废水的接触面积，提高了其催化活性。
