CN110773161A - 利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：第一步，对废SCR催化剂吸尘；第二步，对废SCR催化剂清洗；第三步，将废SCR催化剂干燥后粉碎成粉末；第四步，称取一定重量比的废SCR催化剂粉末、造孔剂、粘结剂和水，将粘结剂和水混合得到混合物A，将废SCR催化剂粉末和造孔剂混合得到混合物B；第五步，将混合物B加入混合物A中混合均匀并干燥；第六步，将第五步得到的产物置于模具中，制得光催化剂湿坯体；第七步，将光催化剂湿坯体干燥；第八步，将光催化剂坯体烘干，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。本发明一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，制备的光催化剂适用于有机农药废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法。
背景技术
随着社会和经济的发展，各种废水尤其是工业废水的种类和排放日益增加，水资源愈加宝贵，水环境污染导致的缺水已经成为全球性问题。农药废水是极难降解的工业废水，它们因毒性大、浓度高、组分复杂，而成为现代工业废水治理难题之一。因此，有效除去各类有毒有害物质已成为水处理领域的当务之急。
有机农药废水的COD质量浓度高、可生化性差、化学结构稳定是其有机物难降解的主要原因。如果能够采取有效的预处理措施解决这个问题，就可实现农药废水可生化条件。一般的物理、化学废水预处理方法只能去除废水中的颗粒物，水解酸化等生物预处理方法由于农药废水毒性大也很难实现预期的效果。
TiO2作为光催化剂，尤其是锐钛型TiO2在紫外光的照射下能产生氧化性极强的羟基自由基，能够氧化降解有机物，使其转化为CO2、H2O以及无机物，降解速度快，无二次污染，可以用于预处理降解有机农药废水中的高浓度COD。
废钒-钨-钛系SCR催化剂是指被烟气中的高含量灰分中的重金属污染物、碱（土）金属、二氧化硫及等物质污染，造成SCR催化剂中毒、磨损、堵塞，使得催化剂脱硝性能下降，无法满足使用要求。因此产生了废钒-钨-钛系SCR催化剂，废钒-钨-钛系SCR催化剂中含有重金属，属于危险废物HW50的范畴，处理费用高。
废钒-钨-钛系SCR催化剂是模块化的结构，含有80%的锐钛型TiO2以及少量的钨、钒、铁等氧化物，因此，废钒-钨-钛系SCR催化剂经过预处理后可以作为原料用于其他催化体系之中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，该方法制备的TiO2光催化剂具有高稳定性、耐光腐蚀、无毒的特点，其适用于有机农药废水的处理。
为实现上述目的，本发明提供一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：
第一步，采用抽真空吸尘装置对废钒钨钛系SCR催化剂模块吸尘20min,所述抽真空吸尘装置的真空度为235-240mbar,风量为265-270m3/h；
第二步，将吸尘后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.5-1mol/l硫酸溶液中清洗15-20min，去离子水中漂洗5-10min，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.1mol/l氢氧化钠溶液中清洗15min，去离子水中漂洗10min；
第三步，将清洗后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入热风炉中于200℃下干燥1h，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块粉碎至粒度为100目的废钒钨钛系SCR催化剂粉末；
第四步，按重量份计，称取废钒钨钛系SCR催化剂粉末100份、造孔剂25-30份、粘结剂7.5-8份、水20-25份，先将称取的粘结剂和水混合均匀，得到混合物A，再将称取的废钒钨钛系SCR催化剂粉末和造孔剂混合均匀，得到混合物B；
第五步，将得到的混合物B加入到混合物A中混合均匀，并在常温下干燥24h；
第六步，将第五步得到的产物置于尺寸为300mm*300mm*60mm的模具中，以8-10MP的压力强压30min，之后缓慢减压，得到泡沫状TiO2光催化剂湿坯体；
第七步，将得到的泡沫状TiO2光催化剂湿坯体放入远红外干燥箱中于60-80℃下干燥24-30h，干燥至含水量≤2%；
第八步，将干燥后的泡沫状TiO2光催化剂坯体入马弗炉中，以2-3℃/min的升温速度升至100-600℃、保温7-10h，再以3-5℃/min的升温速度升至1200-1300℃、保温2-4h，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。
优选的，所述造粒剂为碳粉，该碳粉的粒度为150目。
优选的，所述粘结剂为木质素磺酸钙。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，该方法制备的TiO2光催化剂具有高稳定性、耐光腐蚀、无毒的特点，其适用于有机农药废水的处理，可使废水中的有机污染物被氧化降解为CO2和H2O。并且，制备的TiO2光催化剂为三维网状结构，因此催化剂有较大的比表面积，使得催化剂表面和液体反应物能够充分的接触，以提高光催化速率。另外，本发明方法利用废钒钨钛系SCR催化剂为主要原料，节约了生产成本，而且为废钒钨钛系SCR催化剂的利用提供了新途径，达到资源化利用目的，减少环境污染；并且，废钒钨钛系SCR催化剂中有金属氧化物掺杂，拓宽了光催化响应波长范围，增加了催化剂的活性，用紫外光或暴露在太阳光下即可发生光催化化学反应。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
实施例1
一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：
一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：
第一步，采用抽真空吸尘装置对废钒钨钛系SCR催化剂模块吸尘20min,所述抽真空吸尘装置的真空度为235mbar,风量为265m3/h；
第二步，将吸尘后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.5mol/l硫酸溶液中清洗20min，去离子水中漂洗10min，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.1mol/l氢氧化钠溶液中清洗15min，去离子水中漂洗10min；
第三步，将清洗后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入热风炉中于200℃下干燥1h，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块粉碎至粒度为100目的废钒钨钛系SCR催化剂粉末；
第四步，按重量份计，称取废钒钨钛系SCR催化剂粉末100份、造孔剂25份、粘结剂7.5份、水20份，先将称取的粘结剂和水混合均匀，得到混合物A，再将称取的废钒钨钛系SCR催化剂粉末和造孔剂混合均匀，得到混合物B，其中，造粒剂为碳粉，该碳粉的粒度为150目，粘结剂为木质素磺酸钙；
第五步，将得到的混合物B加入到混合物A中混合均匀，并在常温下干燥24h；
第六步，将第五步得到的产物置于尺寸为300mm*300mm*60mm的模具中，以8MP的压力强压30min，之后缓慢减压，得到泡沫状TiO2光催化剂湿坯体；
第七步，将得到的泡沫状TiO2光催化剂湿坯体放入远红外干燥箱中于60℃下干燥30h，干燥至含水量≤2%；
第八步，将干燥后的泡沫状TiO2光催化剂坯体入马弗炉中，以2℃/min的升温速度升至500℃、保温10h，再以3℃/min的升温速度升至1200℃、保温4h，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。
实施例2
一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：
第一步，采用抽真空吸尘装置对废钒钨钛系SCR催化剂模块吸尘20min,所述抽真空吸尘装置的真空度为240mbar,风量为270m3/h；
第二步，将吸尘后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入1mol/l硫酸溶液中清洗15min，去离子水中漂洗5min，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.1mol/l氢氧化钠溶液中清洗15min，去离子水中漂洗10min；
第三步，将清洗后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入热风炉中于200℃下干燥1h，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块粉碎至粒度为100目的废钒钨钛系SCR催化剂粉末；
第四步，按重量份计，称取废钒钨钛系SCR催化剂粉末100份、造孔剂30份、粘结剂8份、水25份，先将称取的粘结剂和水混合均匀，得到混合物A，再将称取的废钒钨钛系SCR催化剂粉末和造孔剂混合均匀，得到混合物B，其中，造粒剂为碳粉，该碳粉的粒度为150目，粘结剂为木质素磺酸钙；
第五步，将得到的混合物B加入到混合物A中混合均匀，并在常温下干燥24h；
第六步，将第五步得到的产物置于尺寸为300mm*300mm*60mm的模具中，以10MP的压力强压30min，之后缓慢减压，得到泡沫状TiO2光催化剂湿坯体；
第七步，将得到的泡沫状TiO2光催化剂湿坯体放入远红外干燥箱中于60℃下干燥24h，干燥至含水量≤2%；
第八步，将干燥后的泡沫状TiO2光催化剂坯体入马弗炉中，以3℃/min的升温速度升至600℃、保温7h，再以5℃/min的升温速度升至1300℃、保温2h，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。
实施例3
一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：
第一步，采用抽真空吸尘装置对废钒钨钛系SCR催化剂模块吸尘20min,所述抽真空吸尘装置的真空度为235mbar,风量为265m3/h；
第二步，将吸尘后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.8mol/l硫酸溶液中清洗15min，去离子水中漂洗8min，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.1mol/l氢氧化钠溶液中清洗15min，去离子水中漂洗10min；
第三步，将清洗后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入热风炉中于200℃下干燥1h，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块粉碎至粒度为100目的废钒钨钛系SCR催化剂粉末；
第四步，按重量份计，称取废钒钨钛系SCR催化剂粉末100份、造孔剂25份、粘结剂8份、水20份，先将称取的粘结剂和水混合均匀，得到混合物A，再将称取的废钒钨钛系SCR催化剂粉末和造孔剂混合均匀，得到混合物B，其中，造粒剂为碳粉，该碳粉的粒度为150目，粘结剂为木质素磺酸钙；
第五步，将得到的混合物B加入到混合物A中混合均匀，并在常温下干燥24h；
第六步，将第五步得到的产物置于尺寸为300mm*300mm*60mm的模具中，以8MP的压力强压30min，之后缓慢减压，得到泡沫状TiO2光催化剂湿坯体；
第七步，将得到的泡沫状TiO2光催化剂湿坯体放入远红外干燥箱中于80℃下干燥24h，干燥至含水量≤2%；
第八步，将干燥后的泡沫状TiO2光催化剂坯体入马弗炉中，以2℃/min的升温速度升至400℃、保温10h，再以3℃/min的升温速度升至1200℃、保温3h，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。
实施例4
将实施例1-3制得的三维泡沫状TiO2光催化剂浸渍在20L、CODcr浓度为5000mg/L的废水中，调节废水PH=2.0；使用氙灯光源，调节光波长输出在320nm-780nm范围内，模拟阳光中的全光谱实验，照射时间4h，并对上述三维泡沫状TiO2光催化剂的催化降解率进行检测。
表1催化剂性能检测结果
| 名称 | COD<sub>cr</sub>降解率（%） |
| 实施例1 | 69.4 |
| 实施例2 | 71.3 |
| 实施例3 | 70.6 |
从表1可以看出，实施例1-3制得的TiO2光催化剂的催化降解率在70%左右。可见本发明方法制备的催化剂可用于预处理降解有机农药废水中的高浓度COD，并且处理效率高，无二次污染；同时实现了废钒钨钛系SCR催化剂的资源最大化利用，减少环境污染，降低生产成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用抽真空吸尘装置对废钒钨钛系SCR催化剂模块吸尘20min,所述抽真空吸尘装置的真空度为235-240mbar,风量为265-270m3/h；
第二步，将吸尘后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.5-1mol/l硫酸溶液中清洗15-20min，去离子水中漂洗5-10min，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块放入0.1mol/l氢氧化钠溶液中清洗15min，去离子水中漂洗10min；
第三步，将清洗后的废钒钨钛系SCR催化剂模块放入热风炉中于200℃下干燥1h，之后将废钒钨钛系SCR催化剂模块粉碎至粒度为100目的废钒钨钛系SCR催化剂粉末；
第四步，按重量份计，称取废钒钨钛系SCR催化剂粉末100份、造孔剂25-30份、粘结剂7.5-8份、水20-25份，先将称取的粘结剂和水混合均匀，得到混合物A，再将称取的废钒钨钛系SCR催化剂粉末和造孔剂混合均匀，得到混合物B；
第五步，将得到的混合物B加入到混合物A中混合均匀，并在常温下干燥24h；
第六步，将第五步得到的产物置于尺寸为300mm*300mm*60mm的模具中，以8-10MP的压力强压30min，之后缓慢减压，得到泡沫状TiO2光催化剂湿坯体；
第七步，将得到的泡沫状TiO2光催化剂湿坯体放入远红外干燥箱中于60-80℃下干燥24-30h，干燥至含水量≤2%；
第八步，将干燥后的泡沫状TiO2光催化剂坯体入马弗炉中，以2-3℃/min的升温速度升至100-600℃、保温7-10h，再以3-5℃/min的升温速度升至1200-1300℃、保温2-4h，得到三维泡沫状TiO2光催化剂。
2.根据权利要求1所述的利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，其特征在于，所述造粒剂为碳粉，该碳粉的粒度为150目。
3.根据权利要求2所述的利用废钒钨钛系SCR催化剂制备三维泡沫状TiO2光催化剂的方法，其特征在于，所述粘结剂为木质素磺酸钙。
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