[发明专利]一种复极性三维电极催化剂填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复极性三维电极催化剂填料及其制备方法。

背景技术

近些年来，随着国家经济的高速发展，特别是石化、印染、炸药、医药及农药等相关产业的发展和城市生活垃圾卫生填埋场的增多造成高浓度、难生化降解、有急性或慢性毒性的有机污染物及高浓度氨氮废水的排放量急剧增加。

目前，此种废水的处理方法，主要有物理法、化学法、生物法等。物理法以吸附法和萃取法较为常见，但难以彻底处理且容易造成二次污染；化学法亦会引起二次污染；生物法是最经济、处理效率较高且环保的处理方法，但它只适合用来处理生物相容性的有机物。

电化学氧化法是一种高级氧化技术，具有无二次污染、可控性较强、能耗低、反应设备及其操作简单并且兼具有气浮、絮凝、杀菌作用，被誉为环境友好的绿色技术，正越来越受到重视。

电化学氧化技术又可以简单的分为二维反应系统和三维反应系统。二维反应系统即传统的平板电极系统，传质效率低，比表面积小，造成电流效率降低，实际应用难以推广。上世纪六十年代末期，一些研究人员提出了三维反应系统的概念，在二维反应系统极板之间填装粒子或其它形状的具有电催化活性的材料形成另一极，增加反应电极面积，缩短传质距离，使得电流效率大大提高，在工业使用中推广潜力巨大，优势显著。

在通电的情况下，三维电极催化剂填料得到活化，当将空气鼓入反应器后，空气中的氧气就能在活化了的三维电极催化剂填料上被某些活性组分还原为H₂O₂或直接转化为·OH，H₂O₂被其他一些活性组分转化为·OH，利用·OH的高氧化电位（2.8V）将难降解的有机污染物氧化降解。

三维电极催化剂填料是三维反应系统的关键组成部分，也是三维反应系统的研究热点。目前，主要以活性炭、改性活性炭、负载型γ-Al₂O₃、负载型分子筛、负载型陶瓷粒子作为三维电极催化剂填料，但这些填料存在以下缺陷：活性炭阻抗小，填装到极板间时易形成短路电流，降低电流效率，活性炭颗粒还会出现粉化的现象；改性活性炭一般以涂膜和负载金属氧化物为主，但此种处理后大幅减少粒子的比表面积，且活性组分易流失，使催化活性降低；负载型γ-Al₂O₃和负载型分子筛具有很大的孔隙和比表面积，但也难以解决活性组分流失问题；负载型的陶瓷粒子表面被有机污染物覆盖和剥蚀造成活性组分的流失严重影响三维电极催化剂填料的催化活性和使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种比表面积大，催化活性高，单位化学需氧量（COD）耗能低，活性组分不易流失，连续使用寿命长的复极性三维电极催化剂填料及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之复极性三维电极催化剂填料，包括陶土、γ-Al₂O₃，所述陶土为70 wt %-90 wt %，γ-Al₂O₃ 为10wt%-30wt%；还含有金属活性组分，所述金属活性组分的含量为陶土和γ-Al₂O₃总量的3-10wt%。

进一步，所述金属活性组分的组成为：铁10-40wt%、铜5-30wt%、镍3-5wt%、锌4-11wt%、钴1-3wt%、锰5-15wt%、锡3-12wt%、锑7-9wt%和铈1-5wt%，各组分重量百分数之和为100%。

进一步，所述复极性三维电极催化剂填料为直径4-10mm的球状粒子。

本发明之复极性三维电极催化剂填料的制备方法，包括以下步骤：先按配比陶土70-90wt%、γ-Al₂O₃ 10-30wt%称取陶土和γ-Al₂O₃，接着往所称取陶土中加入相当于陶土重量50-100%的水，搅拌成膏状，然后加入所称取的γ-Al₂O₃，搅拌均匀，再加入金属活性组分，所述金属活性组分的重量相当于陶土与γ-Al₂O₃总重量的3-10%，搅拌均匀，最后制成直径4-10mm的球状粒子，干燥、焙烧，即成。