[发明专利]一种非均相催化剂及深度处理难降解废水的方法

说明书

本发明公开了一种非均相催化剂的制备及利用其催化H₂O₂深度氧化难降解废水的方法。催化剂活性组分以纳米尺寸的α‑Fe₂O₃，均匀负载在多孔载体上，在助催化剂的协同作用下，能够在pH值为3‑10范围内催化H₂O₂氧化难降解废水。本发明克服了传统Fenton试剂反应体系需要在酸性条件下反应，催化剂不能重复使用，产生含铁污泥的缺点。催化剂可以在酸性、中性、弱碱性很宽的pH范围内保持高活性，催化剂寿命长、可重复使用、无二次污染。

技术领域

本发明涉及一种非均相催化剂的制备及利用其催化H₂O₂深度氧化难降解废水的方法。

背景技术

随着我国经济的持续发展，工、农业的快速发展和人类生活水平的不断提高，在农业生产、工业生产和人类生活过程中的用水需求量也越来越大。由此产生的大量难降解废水已经对人类的生活及地球的生态系统造成了严重的威胁与破坏。

难降解废水的传统处理技术有物理法、化学法和生物法。其中物理法包括焚烧法、萃取法、蒸汽法、吸附法等；化学法有化学沉淀法、紫外氧化法、电化学氧化法等；生物法包括活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法等。由于难降解废水含有大量难降解的苯酚、氯代酚类、卤代烃类等物质，这些物质有毒、有害，一般的方法难以进行有效处理。我国GB3544-2008规定，COD排放限值为50mg/L，因此许多类型的废水都需要进行深度处理，才能符合达标排放。难降解有机废水的深度处理是环境保护领域急需解决的技术难题。

高级氧化法中的芬顿试剂(Fe²⁺+H₂O₂)被广泛应用于水处理。然而Fenton试剂采用可溶性亚铁盐为催化剂，该过程存在两大问题影响其实际应用：(1)催化剂很难回收再利用，成本较高，同时水中Fe离子(Fe³⁺和Fe²⁺)含量高，直接排放会造成二次污染，如果要去除水中的Fe离子，则需要增加工艺流程，使得处理过程变的复杂。(2)该反应的最佳反应条件是在溶液pH值为2～3，pH值高于3，就会将H₂O₂分解为H₂O和O₂。在实际应用过程中，需要大量的酸来调节废水的pH值，反应结束后又需要大量的碱性中和剂。开发固体非均相催化剂取代Fenton试剂中的均相铁盐催化剂催化H₂O₂氧化降解有机污染物可以克服这两个缺陷，非均相催化剂易于分离、可重复使用、无二次污染、工艺简单，因此具有很好的开发和应用前景。目前文献报道(①Ginni G.，Adishkumar S.，Banu J.Rajesh，et al.Treatment ofpulp and paper mill wastewater by solar photo-Fenton process.Desalination andWater Treatment，2014，52(13-15)：2457-2464.②Zhu，Shi-Ni；Wang，Chao；Yip，Alex CK.Highly effective degradation of sodium dodecylbenzene sulphonate andsynthetic grey water by Fenton-like reaction over zerovalent iron-basedcatalyst.Environmental technology，2015，36(11)：1423-32.③Kanakaraju Devagi，Kockler Jutta，Motti Cherie A，et al.Titanium dioxide/zeolite integratedphotocatalytic adsorbents for the degradation of amoxicillin.AppliedCatalysis B-Environmental，2015，166：45-55.④Cabrera Reina A.，Santos-Juanes L，Garcia Sanchez J.L.，et al.Modelling the photo-Fenton oxidation of thepharmaceutical paracetamol in water including the effect of photon absorption(VRPA).Applied Catalysis B-Environmental，2015，166：295-301.)的非均相催化剂在反应体系pH值为3～5时具有催化活性，仍然是在酸性条件下，反应效率最高，pH超过5催化活性不明显。CNl03908966A公开的一种非均相催化剂最佳反应条件pH值在3左右。而大部分废水一般为中性或弱碱性，如印染废水和造纸废水等。反应体系依然需要大量的酸来调节废水的pH值，工艺复杂，成本高。