[发明专利]用于类Fenton技术的活性炭催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及以过渡金属Cu、Fe、Ni、Mn及稀土元素为活性组分，以成型活性炭为载体的负载型催化剂及其制备方法，可用于多相（类）芬顿（Fenton）法深度处理各种工业废水，特别是难降解有机废水，属于水处理技术和功能材料领域。

背景技术

催化湿式过氧化氢氧化技术（Catalytic Wet Peroxide Oxidation，简称CWPO）是高级氧化技术（Advanced Oxidation Process,AOPs）的一种，是Fenton于1894年首先发现和提出的，因此又称为Fenton技术。CWPO技术是指采用过氧化氢做氧化剂，在反应过程中催化过氧化氢分解为氧化性更强的羟基自由基（·OH），进而将有机污染物氧化为小分子有机物甚至直接矿化为H₂O和CO₂的技术。CWPO在常温常压下即可反应，实验设备简单，该技术改进了湿式氧化技术（Wet O₂Oxidation，简称WAO）反应条件苛刻、对设备要求苛刻的缺陷，降低了经济成本，并且反应中不会产生有害物质，对环境友好，近年来受到越来越多的关注。

催化剂研制是催化湿式过氧化氢氧化技术的关键，催化剂根据形态可以分为均相催化剂和多相催化剂两类。均相催化技术由于具有受pH限制严格（在pH3左右才有好的催化效果），催化过程中产生大量的金属泥而增加处理成本的缺点而使其应用受到了限制。多相催化剂不仅能够克服均相催化剂的缺点，并且具有良好的催化活性和催化剂稳定性，近年来已经成为研究的热点。开发活性高、稳定性好、廉价的催化剂是本研究的重点。

活性炭在环境领域经常用作吸附剂或气体吸收的催化剂，而用作（类）Fenton技术催化剂的研究很少。如专利号为CN102240576的专利制备过渡金属/活性炭催化剂处理燃烧废气。多相（类）Fenton技术的催化剂一般都是以氧化铝、氧化钛作为载体，关于成型活性炭作为载体的研究很少。如专利号为CN1562798A的专利采用氧化铝作为载体担载活性组分铁处理苯酚和硝基酚废水，能够取得很好的催化效果。

本文采用处理或未经处理的成型活性炭作为载体，并用其担载过渡金属或稀土元素做为催化剂，制备了一种能够在常温常压下高效去除难降解有机废水的催化剂，该催化剂具有很好的催化活性和稳定性，并且具有长的使用寿命，适合工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于制备一种用于（类）Fenton法处理难降解有机废水的催化剂，旨在提高催化剂的活性和稳定性，以提高（类）Fenton反应的活性和催化剂的稳定性，从而促进（类）Fenton技术的广泛应用。

本发明提供的成型活性炭负载过渡金属氧化物催化剂是一种价格低廉、可回收的催化剂，该催化剂在常温常压下即可用于（类）Fenton技术处理废水。该催化剂以过渡金属Cu、Fe、Ni、Mn或稀土元素为活性组分，以成型活性炭为载体，采用等体积浸渍法制得；该催化剂能够高效降解难处理有机废水，并且稳定性良好，按照如下步骤制备：

成型活性炭载体预处理步骤为：将活性炭用1～20wt.%过氧化氢溶液或1～40wt.%硝酸溶液或0.5～40wt.%硫酸溶液或1～20wt.%盐酸溶液常温常压浸渍0.5～3天后，然后用去离子水冲洗至中性；放入烘箱中，70～120℃烘干，待用。

催化剂制备步骤为：（1）将活性组分前驱体溶解到去离子水中，配置成不同浓度的前驱体盐溶液。本发明中所述的活性组分盐（类）分别为Cu、Fe、Ni、Mn的硝酸盐、硫酸盐或氯化物，活性组分前驱体也可以为稀土元素的硝酸盐或氯化盐；（2）将一种或两种以上前驱体盐溶液作为活性组分，常压等体积浸渍或真空等体积浸渍到成型活性炭载体上，浸渍0.5h～12h，活性组分负载量为0.5～10wt.%；（3）将浸渍后的固体在25～120℃下干燥1～5h，然后于300～500℃下焙烧2～7h。

过渡金属或稀土氧化物/活性炭催化剂用于处理难降解有机废水或生化法处理后未能达标排放的有机废水，反应条件为：反应温度为常温，不调废水的pH，空速为0.5～2.0h^-1，H₂O₂(mg/L):COD(mg/L)为0.3～1.5。

应用本发明所制备的催化剂处理难降解有机废水，反应条件温和，在常温常压、宽pH范围内都能够有效的去除废水中难以生化降解的有机物，并且具有很长的使用寿命。

本发明的催化剂具有以下优点：