[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种复合催化剂，以金红石TiO₂为载体，负载有活性组分锰氧化物、第一助剂铈氧化物以及第二助剂钾；可采用共沉淀法、浸渍法和氧化还原沉淀法制备；可应用于垃圾渗滤液超临界水氧化处理。本发明的复合催化剂制备方法简单、强度高、稳定性好，该复合催化剂对垃圾渗滤液的超临界水氧化具有良好的催化活性，使超临界水氧化的反应条件更加温和，又提高了难降解物质的去除效率，尤其是对氨氮的去除非常有效，有利于超临界水氧化在高浓度有机废水处理中的推广。

技术领域

本发明属于环保技术，特别是涉及一种用于环保领域的复合催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着国民经济的持续高速发展和城镇化进程的快速推进，城市生活垃圾的产出量也在以惊人的速度增长。2014年，我国城市生活垃圾清运量为1.79亿吨，县城生活垃圾清运量为6657万吨，合计2.45亿吨。目前多数城市仍以卫生填埋和堆放的方式来处理生活垃圾，由此产生了大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液具有成份复杂、氨氮含量高、金属离子含量高、营养元素比例失调、水质变化大等特点。未经有效处理的垃圾渗滤液会严重污染填埋场附近的地下水、地表水和土壤等生态环境，其中的有毒污染物会通过食物链直接或间接地进入人体，导致各种疾病发生，严重危害人类健康。因此，垃圾渗滤液的有效处理迫在眉睫。

超临界水氧化技术被认为是一项极具发展潜力的处理危险有机废水及污泥的新型环保技术。超临界水具有独特的溶解性，可以与有机物和氧气以任意比例互溶。在临界点(T≥374.15℃，P≥22.12MPa)以上时，有机物与氧气在超临界水中迅速发生均相氧化反应，被彻底分解为H₂O、CO₂和无机盐等物质。有文献证实，绝大多数的难降解的有机物可以在1min内达到99％以上的处理率，且无二次污染。值得注意的是，当物料中有机物浓度>2％时即可实现超临界水氧化系统自热，多余热量可对外供热或发电。

目前国外已实现垃圾渗滤液超临界水氧化处理的商业化应用。但是，过高的反应条件使得设备投资和操作成本大大增加，成为制约超临界水氧化技术发展的最大障碍。一般认为，超临界水氧化系统的操作温度应达到500～700℃。此外，NH₃作为一种难降解的中间产物，在700℃的超临界水中十分稳定，在10.5s内仅有10％的转化率。因此，加入催化剂，使用催化超临界水氧化可改变反应路径，显著降低反应温度和压力，减少反应器体积，进而降低反应器及整个反应系统的造价。目前应用于超临界水氧化的催化剂包括均相催化剂和非均相催化剂两大类。由于无机盐等在超临界水中溶解度极低，在反应过程中容易析出，有出现堵塞反应器、造成材料腐蚀的可能，且均相催化剂在常温水中的溶解度较大，反应后不易回收利用，水中残留的金属元素会造成二次污染。因此，非均相催化剂近年来受到了广泛的关注。

超临界水氧化苛刻的反应条件要求所采用的非均相催化剂及载体具有高强度、高稳定性和高活性。研究表明Cs、Co、Fe、Mn、Ti和Zn的氧化物可以作为超临界水氧化反应过程中的催化剂。载体可以从Al、Hf、Zr和Ti的氧化物中选择。这些载体材料在超临界水氧化环境中是稳定的。用Bi、Cd、Ga、Ir、K、Mo、Ta或者W的氧化物作为添加剂时，可以提高催化剂的物理强度或者稳定其活性。