[发明专利]一种用于湿式氧化法处理含酚废水的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种湿式氧化处理含酚废水的催化剂及其制备方法，所述催化剂包括活性组分及载体，其中活性组分包括Cu和改性金属Ce，载体为生物质，负载后再进行炭化活化；其中活性组分的负载量为载体质量的2%~6%。生物质与铜氨溶液浸渍、高温焙烧、Ce改性得到催化剂。使用本发明制作的催化剂，可以在较长时间内使苯酚的降解率稳定达到95.1%左右。

技术领域

本发明涉及一种用于湿式氧化法处理含酚废水的催化剂及其制备方法，属于水处理技术及环境保护领域。

背景技术

含酚废水中含有高浓度的酚类化合物，由于其毒性，即使在浓度较低的情况下，也会对生态系统构成威胁，因此在排放到水系统之前，必须将其去除。开发有效地去除或中和苯酚及其衍生物的技术，采用适当的污水处理策略对解决环境问题具有重要意义。含酚废水的处理方法主要有物理分离法、生物降解法和化学氧化法三大类。物理分离法中用于含酚废水处理的方法主要是萃取，在处理过程中易由于溶剂混合出现二次污染现象，化学氧化法一般用于处理高浓度的含酚废水，生物降解法适用于处理中低浓度的含酚废水。

在化学氧化过程中，芬顿法、臭氧化、光催化臭氧化等高级氧化过程（AOPs）被广泛用于低浓度的有机物，焚烧法适用于高浓度有机物（COD≥100 g/L）。然而，由于焚烧法不是一个生态友好型过程，而且在反应中可能会产生其他有害化合物，因此，近年来不再鼓励焚烧法的应用。湿式氧化法通常适用于初始COD在20~200 g/L范围内的废水处理，因此，对于不能浓缩到焚烧或稀释到AOPs的废水，该工艺是一种实用的处理方法。湿式氧化（WAO）是指在高温（400~573 K）高压（0.5~20 MPa）条件下，利用氧气将废水中有机物氧化为CO₂和H₂O或可生物降解的小分子酸的一种方法。湿式氧化工艺可以实现反应热的自给自足，意味着湿式氧化法是一种有效处理高浓度有机物的经济可行的技术，为了实现有机污染物完全氧化为二氧化碳和水，通常需要较高的反应温度和压力，处理过程往往会产生酸性中间氧化产物，导致TOC的去除率降低，严重限制了湿式氧化技术的发展应用。为解决这些问题，研究者在实验过程中添加催化剂。这一方法被称为催化湿式氧化（CWAO）。催化湿式氧化中催化剂的使用可以使反应高效有利地进行，在一定程度上降低了操作中的反应条件和设备需求，缩短了反应时间并提高了有机物的氧化效率，使其得到广泛的研究与应用。近二十年来，催化湿式氧化催化剂的发展大大促进了催化效率的提高。

催化湿式氧化反应所需的催化剂，根据所使用催化剂相态的不同，可以分为均相催化湿式氧化和非均相催化湿式氧化。均相催化湿式氧化使用Cu²⁺、Fe²⁺等可溶性过渡金属离子作为催化剂，可显著提高低温下苯酚的降解效率，具有特定的选择性，但在碱性条件下会发生沉淀造成二次污染，金属离子催化剂难回收。相对地，非均相催化剂可以克服这些不足，并具有稳定性好、成本低、活性高和易分离等优点，使得更多的研究者开始关注非均相催化湿式氧化催化剂的开发与改进。

催化湿式氧化的催化剂，其活性中心大致分为贵金属和过渡金属两类，贵金属通常有Pd、Rh、Pt、Ir等，贵金属催化剂是催化性能最优异的非均相催化湿式氧化催化剂，催化效果好，活性组分不易发生流失，但其价格昂贵，资源稀缺，为了降低工艺成本，Cu、Fe、Mn、Ni等氧化物的过渡金属氧化物催化剂被广泛用于各种有机污染物的处理。过渡金属氧化物催化剂易于制备，催化活性高，价格低廉，对酚类等有机物有较好的催化作用，兼顾了经济性和高效性。

非均相催化剂的载体最常用的有金属氧化物、分子筛和碳材料。活性炭拥有高比表面积和发达的孔隙结构，是很好的催化剂载体选择，同时由于其具有高热稳定性、高机械强度、良好的化学惰性、价格低廉、原料易得等优点而被广泛应用于各类催化剂的制备中。常见的碳材料有活性炭、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维等。活性炭的主要原料为木材和煤等物质，但这些资源有限且价格较高。