[发明专利]一种负载二氧化锰活性炭催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于臭氧催化剂的技术领域，涉及一种含二氧化锰活性成分的农业废弃物秸秆活性炭催化剂及其制备方法，所述催化剂应用于臭氧氧化水处理的技术领域。

背景技术

中国是“世界工厂”，众多产品出口海外，制造业规模庞大发展迅速。随着城市化和工业化的发展，工业污水和城市垃圾渗滤液等难生物降解废水的问题受到普遍关注。臭氧具有很强的氧化能力，1783年M.范马伦发现了臭氧；1886年法国的M.梅里唐发现臭氧具有杀菌的能力；1891年德国西门子和哈尔斯克用放电原理制成臭氧发生装置；1908年在法国尼斯建造了用臭氧消毒自来水的试验装置。20世纪50年代臭氧氧化法开始用于城市污水和工业废水处理；1970年代臭氧氧化法和活性炭等处理技术相结合，成为污水深度处理和饮用水去除化学污染物的主要手段之一。

臭氧的强氧化性是由于臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子、亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子和在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活性在水处理中具有消毒、杀菌和破坏有机物结构等作用，而且其副产物无毒，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物，具有双重效果。

臭氧氧化法的主要优点是反应快速、流程简单、无二次污染问题，短时间内可在水中自行分解，是一种理想的绿色氧化药剂。臭氧氧化方法逐渐成为一种高级氧化技术，在水处理领域已在多方面得到应用，但是现阶段生产臭氧的电耗较高，每公斤臭氧约需耗电20～35度，需要继续改进生产过程，降低电力消耗,同时还需要加强对气水接触方式和接触设备的研究，提高臭氧利用率。

在提高臭氧的氧化效率方面，臭氧技术的发展可分为两大类：一种是将臭氧用超声、紫外、过氧化氢催化转化为氧化性更强而反应选择性更低的羟基自由基；另一种是用固体颗粒为催化剂来加强臭氧氧化。

催化臭氧化按催化剂的相态可分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化，多相催化臭氧化法利用固体催化剂在常压下加速液相(或气相)氧化反应，催化剂以固体的形式存在，易于与水分离，二次污染少，简化了处理流程，越来越引起人们的广泛关注。对于催化臭氧化技术，固体催化剂的选择是该技术是否具有高效氧化效果的重点。多相催化剂主要有三种作用：一是吸附有机物，对那些吸附容量比较大的催化剂，当水与催化剂接触时，水中的有机物首先被吸附在这些催化剂表面，形成有亲和性的表面螯合物，使臭氧氧化更高效；二是催化活化臭氧分子，这类催化剂具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，臭氧分子在这类催化剂的作用下易于分解产生如羟基自由基之类有高氧化性的自由基，从而提高臭氧的氧化效率；三是吸附和活化协同作用，这类催化剂既能高效吸附水中有机污染物，同时又能催化活化臭氧分子，产生高氧化性的自由基，在这类催化剂表面，有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。在多相催化臭氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物(Al₂O₃、TiO₂、MnO₂等)、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃、TiO₂/Al₂O₃等)以及具有较大比表面积的孔材料。这些催化剂的催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。利用固体颗粒为催化剂，对废水中臭氧的氧化作用有很好的催化作用，在水处理的过程中，这些固体催化剂一直保留在臭氧催化反应器内起催化氧化作用，不需要后续的分离措施，将有其实际应用价值。

在均相催化臭氧化技术中，催化活性高，作用机理简单、催化剂分布均匀，易于研究和把控。但它的缺点在于催化剂混溶于水，导致其易流失、不易回收并产生二次污染，运行费用较高，增加了水处理成本。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明要解决的问题是提供一种负载二氧化锰活性炭催化剂的制备方法。本发明利用两种锰元素活性组分的化学反应特性，得到具有催化活性的二氧化锰催化活性组分；在活性炭填料生产过程中加入具有催化活性的组分，制备出具有臭氧催化氧化用的活性炭催化剂，以提高臭氧氧化能力和反应效率，高效去除废水中难降解有机物能力，从而降低臭氧氧化水处理的运行成本、提高臭氧利用率。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的负载二氧化锰活性炭催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述负载二氧化锰活性炭催化剂的应用。所述负载二氧化锰活性炭催化剂用于臭氧氧化污水处理。