[发明专利]一种臭氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种臭氧催化剂及其制备方法和应用，其中，制备方法包括以下步骤：将基料和原煤粉分别进行活化后，与铁矿石、二氧化锰和铜盐混匀，并依次进行研磨、制泥、烘干和焙烧，即得臭氧催化剂；其中，基料、原煤粉、铁矿石、二氧化锰和铜盐的质量比为(3‑5)：(3‑5)：(3‑4)：(2‑4)：(6‑8)；所述基料为铝矾土、膨润土或高岭土中的任意一种或多种；所述原煤粉为无烟煤、烟煤或焦煤中的任意一种或多种；所述铁矿石为赤铁矿、褐铁矿或菱铁矿中的任意一种或多种；所述铜盐为碱式碳酸铜或硫酸铜中的任意一种或多种。本发明的催化剂在每个催化单元中各金属元素能够自我实现电子的释放和补给，提高了催化活性。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种臭氧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，煤化工产业发展迅速，传统焦炭、电石、合成氨等转变为煤制油、煤制醇醚、煤制烯烃等为主的新型煤化工产业。与此同时，煤化工行业用水量逐年升高，难降解有机废水产量随之增大。煤化工废水主要来源于煤焦化和煤气化过程，因工艺不同水质也有较大差别，普遍含有多种无机和有机化合物。其中，无机化合物主要为铵盐、硫氰化物、硫化物和氰化物等；有机化合物除酚类外，还有单环及多环的芳香族化合物，含氮、硫、氧的杂环化合物等有毒有害物质，污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机化工废水，而且有很高的COD、色度、氨氮，且生化性不佳。物化联合生物两级处理仍难以达标排放，因此，该类废水处理一直是国内外废水处理领域的难题。

目前，对于煤化工废水处理主要采用的方法有：1、物料化学法，包括混凝沉淀、吸附法、光催化氧化等；2、氧化法，包括Fenton氧化、臭氧氧化、电化学氧化、光催化氧化等；3、膜分离技术。其中，物理化学法是将污染物转化为固体沉淀或者是附着于吸附材料表面，从而达到污染物从水中分离的目的，由此可见，在该方法中，污染物只是一种形态的转变，并没有从根本上消除污染物的毒性。氧化法除光催化氧化技术外，其它方法的弊端在于投资运行成本高、对反应器材质要求苛刻、经济效益较差。而膜分离技术一次性投资较高、运行能耗高，通常情况下，为了出水能达标排放，后续大多增加反渗透工艺，从而产生大量高盐水，高盐水的处理也是目前水处理行业的一大难题。

臭氧作为一种强氧化剂(氧化还原电位为2.08V)，在水处理领域受到了广泛的关注。但是，单独臭氧反应矿化率低，也就意味着如果使有机物完全矿化，需要更高的费用，而且，臭氧反应过程中产生的中间产物往往毒性更高、去除更难。与单独臭氧氧化反应相比，催化臭氧氧化技术作为一种高级氧化技术，主要机理是在催化剂的存在下催化臭氧分解产生反应速率更快、氧化性更强的羟基自由基，能够降解废水处理中的多种难降解产物从而实现低臭氧投加量情况下高效处理废水。此外，臭氧催化氧化技术从工艺设计到设备配置都能满足工业化应用条件，不受自然条件和技术瓶颈的影响；其次，其对有机物的降解也比较彻底，反应副产物产生量小，潜在的环境风险较低。

但是，由于臭氧的选择性强，对小分子有机酸几乎没有氧化作用，需要构建羟基自由基产生的反应体系，利用羟基自由基氧化性强和选择性差的特点对大多数有机物进行矿化反应，进而从根本上降低废水中COD含量。臭氧催化氧化技术是利用催化剂的催化作用强化反应体系中羟基自由基的产生，而催化活性是评价催化剂性能优劣的主要指标，是促进反应体系羟基自由基产生的关键因素。

因此，开发可快速促进臭氧裂解产生羟基自由基的高效催化材料，是本领域亟需解决的一项技术问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种臭氧催化剂的制备方法，该方法所制备的催化剂解决了有效成分流失的问题；

本发明的第二目的在于提供一种臭氧催化剂，该催化剂催化活性强、物化性能稳定；

本发明的第三目的在于提供一种臭氧催化剂的应用，该催化剂可有效去除煤化工废水中难降解的有机物。

本发明提供的一种臭氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：