[发明专利]催化臭氧氧化深度处理煤化工废水催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法。

背景技术

我国的能源现状是多煤少油，全国第三次煤炭资源预测与评价指出，中国煤炭资源总量约5.57万亿吨，居世界第一位，如何充分利用煤炭资源是缓解我国能源危机的关键环节。现代煤化工工艺以煤炭-能源化工技术为基础，煤气化为龙头，运用催化合成、分离、生物化工等先进的化工技术，生产能够替代石油的洁净能源和各类化工产品，对于缓解我国经济发展和人口增长对石油、天然气等优质能源的供需矛盾发挥了重要作用。但是，煤化工行业的生产工艺流程多且复杂，耗水量巨大，每个环节都会有各种污染物产生，并且废水中大多是有毒、有害和难生物降解的污染物，经过多级生物处理，出水仍很难达到国家污水排放标准。而且，我国煤炭资源和水资源分布极不均衡，昆仑山-秦岭-大别山为分界线，以北地区煤炭资源量占全国总量的90％以上，而水资源仅占全国总量的21％，有些地区甚至没有纳污水体，未达标的煤化工废水排放对该地区脆弱的水环境产生了巨大的威胁，因此，环境污染问题已成为制约煤化工产业发展的瓶颈，对煤化工废水进行深度处理，实现废水达标以致回用的目标已经成为煤化工发展的自身需求和外在要求。

臭氧氧化方法作为一种高效的高级氧化技术，因其强氧化性和消毒能力，在给水处理中有着广泛的应用。但是，由于臭氧水溶性差，利用率低，对污染物具有选择性等缺点，影响其进一步的工业推广和应用。催化臭氧氧化技术利用各种催化剂，促进臭氧分子的分解，以产生更多氧化性极强的羟基自由基等活性中间体来强化臭氧氧化能力。该技术可以在常温常压下将那些难以用臭氧单独降解的有机物氧化，在难生物降解废水的处理中显示出了极大的优越性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有臭氧氧化方法臭氧水溶性差，降解率低的技术问题，提供了一种催化臭氧氧化深度处理煤化工废水催化剂的制备方法。

催化臭氧氧化深度处理煤化工废水催化剂的制备方法按照以下步骤进行：

一、洗涤粒径为2-3nm的活性炭颗粒至洗液的pH值不发生改变，然后在105-110℃烘干5小时；

二、将经过步骤一处理的活性炭浸渍在金属硝酸盐溶液中，活性炭与金属硝酸盐溶液的比例为1∶20，金属硝酸盐溶液的浓度为0.05mol/L，然后以180-200转/分的速度震荡、混合反应12小时后取出活性炭；

三、将活性炭在105-110℃的条件下烘干后放入马福炉，采用氮气作为保护气，先升温至200℃，焙烧1小时，继续升温至600℃，在600℃下焙烧3小时，得到催化臭氧氧化深度处理煤化工废水催化剂，所得催化臭氧氧化深度处理煤化工废水催化剂负载金属的质量为5-15％。

本发明将负载一系列金属的活性炭作为臭氧的催化剂，负载金属由铜、铁、锰、钾、铬和锌等其一或几种过渡金属组成，用于催化臭氧氧化处理煤化工多级生物处理出水，实现废水达标排放以致回用，缓解煤化工行业环境污染压力。

本发明制备的催化剂比表面积、微孔面积、吸附和脱附性能均大幅优于原工业活性炭，具有极好的物理结构，十分适用于工业推广和应用。

本催化剂制备材料成本低廉，制备方法简单易重复，连续工作60小时，进行金属溶出检测表明，各负载金属催化剂的金属离子析出量均低于国家排放标准，载体活性炭并未发生明显的失活和破碎现象，对污染物去除效果没有显著降低，并且催化剂在pH值4-11的范围内均具有很好的活性，也不易受到温度的干扰，具有很好的稳定性。

同单独臭氧氧化技术处理煤化工多级生物出水的效果相比，本发明制备的催化剂的投加显著的提高了臭氧氧化降解性能：其中，对水中的典型难降解污染物喹啉(quinoline)的去除率提高了50％，达到90％以上；化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)去除率也分别提高了40％和30％，达到70％和60％以上；氨氮也得到进一步降解，去除率在30％左右；可生化性得到大幅提高，B/C比达到0.5左右，不会对环境产生二次污染、影响收纳水体的可生化性；本发明制备的催化剂的使用大幅提高了臭氧的利用率(提高40％左右)，臭氧反应时排放的尾气进行收集，尾气中绝大部分为臭氧分解产生的氧气，储存在集气灌中，回用于生物反应中的好氧过程，极大地节省了运行成本，节约了资源。

采用本发明制备的催化剂对煤化工多级生物处理工艺出水处理效果极佳，并且经济、高效、占地面积小、工艺简单易操作，对环境没有二次污染等诸多优势，具有极大的工业化推广价值，对煤化工行业严峻的水污染问题具有极大地缓解作用，有助于我国环境问题和能源危机的改善。

附图说明