[发明专利]一种非均相催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种非均相催化剂的制备和在煤气化生化出水处理中的应用。

背景技术

煤气化在煤化工和煤气生产中起着关键作用。煤气化废水是在煤气生产或煤气净化过程中产生的废水，有机物种类繁多，包括脂肪烃类、多环芳烃类、芳香烃类、酚类、含硫有机化合物、含氮有机化合物等等。同时，煤气化废水中含有煤焦油、酚类、苯类及其衍生物等生物难降解有机物。煤气化废水在经过一级、生化处理后常常仍含有大量生物难降解有机物，出水水质不达标。

为解决上述问题，现阶段常用臭氧催化氧化继续处理煤气化生化出水。而在氧化过程中催化剂的催化效率决定着臭氧的催化效率。在非均相催化臭氧氧化中，常见的催化剂有金属氧化物、金属负载型催化剂等等。单一的金属氧化物催化剂催化效率不高，并且可重复利用率低，金属负载型催化剂一般采用多孔物质作为载体，浸渍法制备，负载量较低，且不牢固，活性组分容易流失，并且不易回收。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种非均相催化剂，该催化剂有良好的催化活性，催化效率高，负载量高且牢固，易回收，重复利用率高。

本发明要解决的另外一个技术问题在于提出上述非均相催化剂在处理煤气化生化出水中的应用。

为实现上述技术目的，本发明提出了一种非均相催化剂，所述非均相催化剂为包含镁、铁的氧化物，其由前驱体MgFe₂(OH)₈在400-700℃温度下焙烧1-3h得到。

其中，所述前驱体MgFe₂(OH)₈通过如下方法制备得到：

(1)将镁、铁的盐溶液按照Mg∶Fe摩尔比＝1∶2混合得到混合盐溶液；

(2)将NaOH溶液逐滴滴入(滴加速率为4-5秒1滴)步骤(1)得到的混合盐溶液中调节pH，使pH保持在8-9，得到浆液；

(3)将步骤(2)所得的浆液置于100-105℃的烘箱中老化1～2h；

(4)将步骤(3)所得的剩余母液抽滤，并用去离子水反复冲洗直至滤液pH不变，得到前驱体。

在一种实施方式中，镁、铁的盐溶液为氯化镁、氯化铁溶液。

优选地，在焙烧前将所述的前驱体置于80-90℃的烘箱中烘10-12h。

本发明进一步提出了上述非均相催化剂在处理煤气化生化出水中的应用。

具体在应用时，所述非均相催化剂造粒后填充入固定床，在常温常压下通入煤气化生化出水和臭氧，待处理废水中的有机物即被降解。

有益效果：与现有技术相比，本发明利用共沉淀法制备了金属氢氧化物的前驱物，MgFe₂(OH)₈，并在高温下焙烧后得到镁、铁的复合金属氧化物，即本发明的非均相催化剂。本发明的非均相催化剂具有良好的催化活性，催化效率高，负载量高且牢固，可多次重复利用的特点。同时，该非均相催化剂比表面积大，孔径小，溶液中臭氧分子更易在催化剂表面形成羟基自由基，与待降解有机物反应。将本发明制备的非均相催化剂，应用于煤气化生化出水的臭氧非均相臭氧催化氧化中，能够有效降低煤气化生化出水中COD浓度，使煤气化废水出水达标。

附图说明

图1为不同焙烧温度下催化剂的M-H磁带回线；

图2为不同催化剂催化臭氧氧化煤气化生化出水COD去除率；

图3为MgFe₂O₄催化剂使用次数对COD的平均降解效率。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

称取5.07克MgCl₂·6H₂O与13.52克FeCl₃·6H₂O溶解于100mL去离子水中，在室温下缓慢搅拌至溶液澄清。向澄清溶液中逐滴滴入4mol/L的NaOH溶液，调节溶液pH在9.0，溶液中Mg²⁺与Fe³⁺沉淀。得到的浆液在105℃烘箱中老化2h，再将剩余母液抽滤，用去离子水反复冲洗，洗净未沉淀的金属离子，使滤液中pH保持恒定，即得到前驱体。将所得前驱体置于80℃烘箱烘干10h，分别置于400、500、600、700℃的马弗炉焙烧2h，得到同时含镁、铁的复合型金属氧化物。