CN106000399A - 一种微量双氧水常温下分解的催化剂 - Google Patents

Abstract

一种污水处理领域常温下分解微量双氧水的催化剂。载体为氧化铝，活性金属组分为铬、猛和钌。其中铬含量0.5~2%，锰含量1~2%，钌含量0.001%。含微量双氧水（不高于300ppm）的污水在常温常压下经过该催化剂，停留时间不低于1小时，污水中双氧水的含量降至5ppm以下。

Description

一种微量双氧水常温下分解的催化剂

技术领域

本方式属于污水处理领域中分解微量双氧水的固相催化剂。

背景技术

污水处理的方法有物理、化学和生物三种方法。生物法是主流，一般包括好氧、缺氧和厌氧等生物过程。物理法以膜分离为主。化学法主要是高级氧化法，即用化学反应产生羟基自由基，在常温下将污水中的污染物降解掉。

高级氧化法一般用到双氧水。如芬顿法，以双氧水作氧化剂，硫酸亚铁作催化剂，在酸性环境下，产生羟基自由基，将污水中的有机物氧化分解。芬顿反应后，污水中常常残留微量的双氧水，一般不高于0.03%，即300ppm。光催化氧化法有同样的问题，用紫外光代替硫酸亚铁作催化剂，双氧水作氧化剂，反应后会残留微量的双氧水。类似的，昆山美淼环保有限公司开发的电催化氧化法，用电极板的电子效应作催化剂，双氧水作氧化剂，反应后会残留微量的双氧水，一般不高于300ppm。这部分残留的双氧水会造成国标法GB11914-89测定COD时的巨大误差。残留10ppm的双氧水会造成COD测试结果偏大20mg/L。因此，需要开发一种催化剂，可在常温下降解微量的双氧水，以避免国标法检测COD过程中的双氧水干扰。

分解双氧水的催化剂和工艺，专利文献有所报道。201510125725.8公开了一种分解双氧水的催化剂及工艺。将钯等金属负载于活性炭上，制备固相催化剂。使用时，通入氢气，在200℃左右进行反应，双氧水分解率达到90%。该催化剂及工艺不适合于高级氧化后的残留的微量双氧水的破解，加氢和升温都会明显大幅度增加污水处理的费用。201410499540.9和201410499547.0公开了两种类似的催化剂，其载体分别是活性炭和氧化铝，活性分组分别为锰、铜、铁和锰、银。该催化剂可在常温下分解5%浓度以下的双氧水，分解率为90%。这两种催化剂虽然可以在常温下工作，但其适用于低浓度的双氧水，对于微量浓度（300ppm以下）的双氧水分解效果一般，在短时间内，不能将双氧水浓度降至40ppm以下。

本发明的固相催化剂，克服了上述催化剂的缺点，以铬、锰和微量的钌作为催化剂的活性组分，氧化铝为载体，适合于微量双氧水的分解。

发明内容

本发明公开了一种污水处理领域常温下分解微量双氧水的固相催化剂。

载体为氧化铝，氧化铝的比表面积不低于220平米/克。氧化铝比表面积越大，分解双氧水时，能发生催化作用的面积越大，效果越好。污水处理领域对于技术的成本约束很强，比表面积越大的氧化铝，其价格越贵。因此一般选用比表面积在220~380平米/克的氧化铝。

活性金属组分为铬、猛和钌。其中铬含量0.5~2%，锰含量1~2%，钌含量不低于0.001%。

研究发现，单独锰作为活性组分，其活性不高，原因是锰与载体的结合力不够，且锰易结块。引入另一活性组分铬，极大的增强了催化剂的活性，铬与锰的电子协同效应可更好的催化双氧水分解为水和氧气。钌的引入是为了增强金属氧化物与载体的结合力，同时钌也是双氧水分解的较弱的催化剂。钌的引入增强了催化剂的稳定性。其三者的含量为：铬含量0.5~2%，锰含量1~2%，钌含量不低于0.001%。钌的价格贵，含量不宜高。

催化剂的制备方法为浸渍法。配置相应比例的三种金属硝酸盐混合水溶液，放入干燥后的氧化铝载体；饱和吸收后，放入120℃的烘箱烘烤2小时，以蒸发催化剂中的水分，再转入高温炉，在520℃焙烧3小时，冷却后，即得到可用的催化剂。焙烧温度不宜高于600℃，温度过高会导致载体氧化铝晶型的转变，会破坏其孔道，导致比表面积降低。温度不宜低于500℃，温度过低，活性组分与载体的结合力降低，导致催化剂稳定性降低。

催化剂的使用方法为：含微量双氧水（不高于300ppm）的污水在常温常压下经过该催化剂，停留时间不低于1小时，污水中双氧水的含量降至5ppm以下。常温一般指温度5~40℃。

本催化剂在常温常压下作用，但不限于常温常压。温度越高，双氧水分解为水和氧气的速率越快。压力越大，催化反应速率越快。压力对于催化反应的影响小于温度的影响。

具体实施方式

以浸渍法制备催化剂。载体选用比表面积为300平米/克的氧化铝球体，其直径为3~5mm。使用前，在200℃下烘烤2小时。硝酸铬（三价），硝酸锰（四价）和硝酸钌（三价）按一定比例配制水溶液，放入烘烤后的载体，饱和吸收后，先在120℃下烘烤2小时，蒸发掉催化剂中的水分。再转入高温炉，在520℃下焙烧3小时，自然冷却至常温，得到催化剂。这些催化剂中，钌的含量为0.001%，铬和锰的含量在一定范围内变化。

待测试的水选用电催化氧化后的污水，其残留的双氧水浓度在一定范围内变动。

在室温下，污水在催化剂容器内停留时间为1小时。

下表是实施例。

以上实例可以看出，本发明的催化剂用于分解微量的双氧水非常有效。

Claims (4)

1.一种污水处理领域常温下分解微量双氧水的固相催化剂；载体为氧化铝，活性金属组分为铬、猛和钌；其中铬含量0.5~2%，锰含量1~2%，钌含量不低于0.001%。

2.根据权利要求1所述的催化剂，载体为氧化铝颗粒，其比表面积不低于220平米/克。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其制备方法为浸渍法；配置相应比例的三种金属硝酸盐混合水溶液，放入干燥后的氧化铝载体；吸收后，放入120℃的烘箱烘烤2小时，再转入高温炉，在520℃焙烧3小时，冷却后，即得到可用的催化剂。

4.根据权利要求1所述的催化剂，其使用方法为：含微量双氧水（不高于300ppm）的污水在常温常压下经过该催化剂，停留时间不低于1小时，污水中双氧水的含量降至5ppm以下。