[发明专利]一种用于湿式氧化工艺的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理技术和环境功能材料领域的催化剂及其制备方法，具体是一种用于垃圾处理湿式氧化工艺的催化剂及其制备方法。

背景技术

工业的迅速发展促进了我国国民经济的快速增长，但同时产生的环境污染也制约了经济的发展，而高浓度、有毒、有害、难生物处理的有机工业废水则是环境污染的主要来源之一。湿式空气氧化法(WAO)是在高温(120～380℃)、高压(0.5～20MPa)和液相条件下用氧化剂(空气或氧气)氧化水中溶解态或悬浮态有机物和还原态无机物的一种高级氧化技术，具有适用范围广、污染物分解彻底、停留时间短、二次污染少的优点。但它也存在一些局限，主要是反应温度高、反应压力大、设备材料要求高、对某些有机物(如多氯联苯等)的去除效率低。催化湿式氧化(CWAO)法在WAO基础上，通过加入适当的催化催化剂提高有机物的氧化速率，降低反应温度及压力，从而可降低操作费用和设备投资。

均相催化剂具有活性高、反应速度快等优点，但是由于催化剂溶于水，为了避免催化剂流失，需要进行后续处理。非均相催化剂具有易分离回收的优点，研究制备稳定、高效、廉价的非均相催化剂对催化湿化氧化的广泛应用具有重要意义。非均相贵金属系列催化剂具有较高的催化活性和稳定性，但催化剂成本较高；过渡金属铜、铁、锰、锌、钴、镍等系列氧化物非均相催化剂，虽然有较好的催化活性，但在反应中存在较严重的催化剂活性组分溶出现象，使催化剂活性下降，并会造成二次污染问题。另一类比较突出的催化剂失活问题是催化剂表面积炭，在催化湿式氧化反应过程中生成一类碳多氢少的聚合物，这类物质能够牢固地吸附在催化剂表面，覆盖了催化反应的活性中心，同时也可能堵塞在催化剂的微孔通道中，使反应物难以扩散到微孔内部的活性中心上，从而导致催化剂的活性降低。这些对于湿式氧化技术的广泛应用构成了障碍。

Al₂O₃、SiO₂、黏土在高温、高压、强水热、酸(或碱)性条件下水热稳定性与抗酸碱腐蚀性差，长期运行无法保证催化剂的强度，将造成催化剂的活性组分流失、破裂、粉化，进而堵塞反应管；而活性炭及相关新型碳材料长期暴露在氧化氛围下会逐渐被氧化，催化效率不高。

ZSM-5是一种微孔分子筛，以10元氧环构成孔道体系，具有中等大小的孔径和孔口，在孔道走向上没有笼，在催化过程中不易积炭，且具有良好的水热稳定性、适宜的酸性、较好的耐酸碱性和疏水性。由于ZSM-5沸石的高选择性、高活性、抗积炭不易失活等特点，因此是一种理想的湿式氧化催化剂载体。

Chen I.P等在Appl.Catal.B：Environ.(应用催化B刊环境)2004年50卷49-58页发表的题为Preparing and characterization anoptimal supported ceria catalyst for the catalytic wet air oxidation of phenol(催化湿式氧化苯酚中负载二氧化铈的制备和表征)一文中指出：负载量20％CeO₂的催化剂对降解苯酚具有最佳效果，操作条件下(温度180℃、氧气分压1.5Mpa、反应时间2h)可以降解100％的苯酚和80％的化学需氧量(COD)。该不足之处在于：铈含量(CeO₂)20％的负载量偏高。

杨少霞等在《表面科学应用》2005年第246期222-228页上发表的“CeO₂的添加对RuO₂/γ-Al₂O₃催化剂结构和活性的改性效果”，该文中提出采用浸渍法制备RuO₂/γ-Al₂O₃、RuO₂-CeO₂/γ-Al₂O₃。其不足之处在于使用了贵金属Ru作为活性成分。