[发明专利]一种高效处理酸性工业废水的非均相臭氧催化剂及其制备方法

说明书

一种高效处理酸性工业废水的非均相臭氧催化剂及其制备方法。本发明属于废水处理领域。本发明为解决现有催化剂不适用酸性废水，以及处理效率低的技术问题。本发明的非均相臭氧催化剂由堇青石蜂窝陶瓷载体和负载于堇青石蜂窝陶瓷载体表面的γ‑Al₂O₃和活性组分Pd‑CeOx组成。方法：将堇青石蜂窝陶瓷依次置于γ‑Al₂O₃溶胶、CeOx溶胶和硝酸铅溶液中浸渍，经干燥和焙烧，得到非均相臭氧催化剂。本发明的催化剂用于高COD酸性有机废水出水处理。COD去除效率比现有催化剂提高近15％，出水COD含量水平更稳定，制备成本低廉、无二次污染，解决了印染、农药、制药、造纸、化工等行业高浓度、高有机废水难处理的难题。此外，该臭氧催化剂制备简单，催化效率高，不易脱落，可重复使用。

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高效处理酸性工业废水的非均相臭氧催化剂及其制备方法。

背景技术

高COD酸性有机废水主要来源于农药、制药、化纤等行业，通常具有酸性大、有机物浓度高、盐含量高等特点，处理难度大。经过生化反应处理后，其出水中残留的有机物及有机物残片是普通生化法难以降解去除的。为了实现污水厂最终出水的达标排放，需要对生化出水进行深度处理。

高级氧化技术通过产生强氧化性的·OH使水中有机物矿化为CO₂和H₂O。臭氧氧化法是常用的处理方法之一，特点是在碱性环境下分解产生·OH的效率较高，处理废水的效果良好，而在酸性条件下臭氧分解缓慢，使得处理废水的效果显著降低。但大量的有机废水是强酸性的，如制药废水、皂素生产废水、磺胺废水等，臭氧氧化法直接处理此类废水时效率低。通过加碱调节废水至碱性，虽能增强氧化效率，但是调节用碱量大，成本较高。因此如何经济地提高酸性环境下臭氧的利用效率，降低酸性废水处理成本是一个函待解决的问题。

传统的均相催化剂存在催化剂处理成本高、难回收、二次污染的问题，限制了其在污水处理厂深度处理领域的应用。而非均相臭氧催化氧化具有工艺简单、易于操作、催化剂制备简单、易于回收、无二次污染等优点，是臭氧高级氧化的研究重点。针对性制备非均相臭氧催化剂可以大幅度提高酸性废水处理效率、降低处理成本。

日前，以活性炭表面各种碱性基团为活性位点的催化臭氧机制已研究得较为透彻，颗粒活性炭已被证明是催化臭氧化的可行载体，它得益于其大的比表面积和其表面上丰富的官能团。这些基团不仅在链反应机理充当·OH引发剂，而且还充当有机物的吸附位点，以加速传质过程。但是，由于它们的无定形碳结构松散，这些催化剂通常由于气/液摩擦和颗粒碰撞的过程而磨损和脱落，这导致结构完整性的损失。而且，负载金属将与碳滴一起进入水相，导致废水中的毒性和浊度增加。此外，高强度的臭氧暴露会使得其表面碱性基团快速转变为酸性基团，丧失催化活性，甚至会氧化活性炭生成的溶解性有机碳使得出水TOC增加，考虑到再生步骤亦较为繁琐，使得其在应用上有一定限制。

γ-Al₂O₃具有表面显酸性、比表面积大、吸附性能强、热稳定性良好、多孔性等特点。因为γ-Al₂O₃稳定，催化剂中的活性组分不易被气体和液体冲走，并且不易碎，适合多次反复利用，具有长期的经济效益。但是，γ-Al₂O₃作为一种非“p”型半导体，由于其晶体中缺乏足够的电洞，γ-Al₂O₃无力亲电吸附O₃或-OH，导致对O₃分解协助有限。此外，γ-Al₂O₃对芳族烃的弱亲和力常常导致不充分的本体-表面传质，这导致在表面介导的催化过程中进行限速步骤。因此，寻求合适且可扩展的方法来优化氧化铝负载的催化剂的表面性质是具有挑战性的，但具有重要意义。

发明内容

本发明为解决现有催化剂不适用酸性废水，以及处理效率低的技术问题，而提供了一种高效处理酸性工业废水的非均相臭氧催化剂及其制备方法。