基于活性炭毡基的吸附催化剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于活性炭毡基的吸附催化剂，是以活性炭毡为载体，以贵金属Pd、Au、Ag或过渡金属Cu、Fe、Cr、Mn中的一种为活性组分，K、Zn、Ni或Ce中的一种为辅助组分，所述催化剂中，活性组分的重量百分比为1%～10%，辅助组分的重量百分比为0.1%～3%，其余为活性炭毡。本发明的吸附催化剂用于低温处理含酚的废水、废气，具有良好的苯酚吸附性能，催化氧化条件温和，催化剂可以循环使用。
【专利说明】基于活性炭毡基的吸附催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于处理含酚废水、废气的催化剂，特别是涉及一种同时具有吸附功能的催化剂，本发明还涉及该催化剂的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]许多工业生产中或者使用酚类物质为生产原料，或者产生酚类物质副产物，这些酚类物质进入废水和/或废气中，形成含酚废水或含酚废气。废水中的酚类物质毒性高、难以生物降解，废气中的苯酚容易造成皮肤吸收中毒。因此，我国对含酚废水和废气中酚类物质的排放浓度都有严格的限制，规定水体中挥发酚的最高允许浓度分别为:饮用水0.002mg/ L、农业用水1.0mg/L、工业废水排放标准0.5mg/L，工业废气的烟气中酚类物质I类区禁排，2类区限排最高允许浓度115mg/m3。
[0003]活性炭具有较发达的孔结构，对不同浓度的废水和废气具有较高的吸附性能，因此以活性炭为吸附剂的吸附技术被广泛应用于有机废水和废气的治理。然而，活性炭吸附饱和后，需要对其进行再生来恢复其吸附性能。工业中通常是以热再生技术来恢复活性炭的吸附性能，热再生工艺具体为在800?850°C的高温条件下处理吸附饱和的活性炭，其实质上属于有机物的热脱附(小部分氧化分解)过程。活性炭热再生时还需要对脱附污染物进行后续处理，工艺较复杂。因此，活性炭的热再生具有以下较为明显的缺点:1)由于热再生需要高温，所以活性炭再生能耗较大；2)高温条件再生容易造成吸附有机物的聚合反应，增加了有机物的脱附难度，造成活性炭再生不彻底，活性炭热再生后吸附量损失约为5?15%/次，吸附量损失率较大；3)热再生的高温条件需要特定的再生反应器，增加了固定设备投资；4)异地再生也相应增加了运输成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于活性炭毡基的吸附催化剂，以及该吸附催化剂的制备方法和应用。
[0005]本发明的基于活性炭毡基的吸附催化剂是一种以活性炭毡为载体、贵金属或过渡金属为主要活性组分的多组分催化剂，具体地，所述催化剂是以贵金属Pd、Au、Ag或过渡金属Cu、Fe、Cr、Mn中的一种为活性组分，以K、Zn、Ni或Ce中的一种为辅助组分，以活性炭毡为载体，所述催化剂中活性组分的重量百分比为1%?10%，辅助组分的重量百分比为
0.1%?3%，其余为活性炭毡，且活性炭毡的表面积为900?2000m2/g。
[0006]其中，本发明催化剂所使用的载体活性炭毡是由聚丙烯腈纤维毡、粘胶纤维毡、沥青基纤维毡等有机纤维毡为原材料，在一定的温度、压力下炭化、活化制成的高比表面积的活性炭毡。
[0007]本发明通过在所述活性炭毡上负载金属活性组分，对苯酚具有催化氧化降解活性。
[0008]本发明所述基于活性炭毡基的吸附催化剂是采用等体积或过量体积浸渍法，以满足负载量的所述活性组分的盐酸盐或硝酸盐和满足负载量的所述辅助组分的硝酸盐的混合溶液共浸渍活性炭毡载体，室温放置0.5?6小时，50?100°C干燥6?18小时，再于160?500°C惰性气氛下煅烧6?18小时，得到所述基于活性炭毡基的吸附催化剂。
[0009]本发明所述基于活性炭毡基的吸附催化剂可用于低温处理含酚的废水、废气。
[0010]本发明所述基于活性炭毡基的吸附催化剂的使用方法是:以本发明所述吸附催化剂在常压常温下吸附废水或废气中的苯酚0.5?18小时，吸附后的吸附催化剂常温干燥，装入固定床反应器，在常压、170?400°C条件下，以500?20001^的空速通入氧化性气体，反应0.5?6小时，将苯酚氧化为二氧化碳和水，再生后的吸附催化剂降温后循环利用。
[0011]其中，所述的氧化性气体可以是空气、氧气体积含量为3?10%的空气、氧气体积含量为3?10%的氦气、氧气体积含量为3?10%的氩气等。
[0012]本发明所述基于活性炭毡基的吸附催化剂与普通载体活性炭比较，活性炭毡的微孔更加发达、比表面积更大，吸附催化剂具有更高的苯酚吸附性能，可以高效地吸附废水、废气中的苯酚，废水处理量更大，处理后的废水可以回用，节约了水资源。
[0013]本发明所述吸附催化剂与现有的只负载一种活性金属的催化剂比较，双金属活性更高，同时，负载贵金属能显著提高吸附催化剂的催化活性，更大程度上氧化了被吸附的苯酚，不产生二次污染。
[0014]本发明所述吸附催化剂在催化氧化后依然具有较高的吸附容量，显著降低了催化剂的吸附量损失率，可以连续多次使用，易推广，成本低。
[0015]本发明所述吸附催化剂的催化氧化条件温和，低温常压下即可进行，并且在加热前排掉催化剂中的残留废水，不加热大量废水，可显著降低生产能耗。
[0016]本发明不仅可以处理废水中的酚，还可以处理废气中的酚，拓宽了吸附催化剂的处理范围，采用两种浸渍方法制备吸附催化剂，拓宽了催化剂的制备方法，有利于大规模生产。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
将8.33g氯化钯加入10mL 0.15mol/L的硝酸锌溶液中配制成浸渍溶液。将10g比表面积为900m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置0.5小时，I10C下烘干6小时，再于300°C氩气保护下煅烧12小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Pd5Znl/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Pd5%，Znl%，其余为活性炭毡。
[0018]将含500ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gPd5Znl/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中98%的苯酚。排净废水后，常压下以δΟΟΙΓ1的空速向催化剂中通入空气，并升温至400°C，恒温催化氧化1.5小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0019]实施例2
将14.63g氯化金加入10mL 0.77mol/L的硝酸钾溶液中配制成浸渍溶液。将95g比表面积为900m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置1.5小时，110°C下烘干6小时，再于250°C氩气保护下煅烧8小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Au7K3/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Au7%，K3%，其余为活性炭毡。
[0020]将含700ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gAu7K3/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中96%的苯酚。排净废水后，常压下以70(?-1的空速向催化剂中通入空气，并升温至200°C，恒温催化氧化0.5小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0021]实施例3
将4.72g硝酸银加入10mL 0.085mol/L的硝酸镍溶液中配制成浸渍溶液。将95g比表面积为1300m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置1.5小时，110°C下烘干4小时，再于250°C氩气保护下煅烧8小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Ag3N1.5/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Ag3%，N1.5%，其余为活性炭毡。
[0022]将含300ppm苯酚的废气通过装有0.5g Ag3N1.5/ACF吸附催化剂的吸附柱，待吸附穿透至0.1ppm后，常压下以ΘΟΟΙΓ1的空速向催化剂中通入氧气含量为10%的空气，并升温至200°C，恒温催化氧化0.5小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0023]实施例4
将10mL含有176.5mg/L硝酸铜和12mg/L硝酸铈的混合溶液pH值调至5.5，加入3g1500m2/g活性炭毡，室温下振荡3h，进行静态吸附。吸附后过滤得到的固相于80°C下烘干8小时，再于400°C氩气保护下煅烧10小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂CulCe0.1/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Cul%，Ce0.1%，其余为活性炭毡。
[0024]将含900ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gCulCe0.1/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中95%的苯酚。排净废水后，常压下以IlOOh-1的空速向催化剂中通入空气，并升温至250°C，恒温催化氧化1.5小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0025]实施例5
将64.93g硝酸铁加入10mL 0.77mol/L的硝酸钾溶液中配制成浸渍溶液。将95g比表面积为1600m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置3小时，90°C下烘干7小时，再于350°C氩气保护下煅烧12小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Fe9K3/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Fe9%，K3%，其余为活性炭毡。
[0026]将含1200ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gFe9K3/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中90%的苯酚。排净废水后，常压下以130(?-1的空速向催化剂中通入空气，并升温至300°C，恒温催化氧化2小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0027]实施例6
将92.31g硝酸铬加入10mL 0.62mol/L的硝酸锌溶液中配制成浸渍溶液。将95g比表面积为1700m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置4小时，70°C下烘干8小时，再于300°C氩气保护下煅烧13小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Cr6Zn2/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Cr 6%，Zn2%，其余为活性炭毡。
[0028]将含100ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gCr6Zn2/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中93%的苯酚。排净废水后，常压下以ΙδΟΟΙΓ1的空速向催化剂中通入空气，并升温至260°C，恒温催化氧化3小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
[0029]实施例7
将9.14g硝酸锰加入10mL 0.17mol/L的硝酸镍溶液中配制成浸渍溶液。将95g比表面积为1900m2/g的活性炭毡倒入浸渍液中搅拌均匀，室温放置5小时，70°C下烘干8小时，再于350°C氩气保护下煅烧14小时，自然冷却到室温，制成吸附催化剂Mn2Nil/ACF，吸附催化剂中金属组分含量为Mn2%，Nil%，其余为活性炭毡。
[0030]将含700ppm苯酚的废水50mL通过装有0.5gMn2Nil/ACF吸附催化剂的吸附柱，吸附结束后，催化剂吸附了废水中98%的苯酚。排净废水后，常压下以HOOtr1的空速向催化剂中通入空气，并升温至280°C，恒温催化氧化5小时，将吸附的苯酚氧化为二氧化碳和水。催化氧化结束后，在氧化性气氛中将催化剂降到室温，进入下一个吸附/氧化循环。
【权利要求】
1.一种基于活性炭毡基的吸附催化剂，其特征是以活性炭毡为载体，以贵金属Pd、Au、Ag或过渡金属Cu、Fe、Cr、Mn中的一种为活性组分，K、Zn、Ni或Ce中的一种为辅助组分，所述催化剂中，活性组分的重量百分比为1%?10%，辅助组分的重量百分比为0.1%?3%，其余为活性炭租。
2.根据权利要求1所述的吸附催化剂，其特征是所述活性炭毡的表面积为900?2000m2/go
3.权利要求1所述吸附催化剂的制备方法，其特征是采用等体积或过量体积浸渍法，以满足负载量的所述活性组分的盐酸盐或硝酸盐和满足负载量的所述辅助组分的硝酸盐的混合溶液共浸渍活性炭毡载体，室温放置0.5?6小时，50?100°C干燥6?18小时，再于160?500°C惰性气氛下煅烧6?18小时，得到所述基于活性炭毡基的吸附催化剂。
4.权利要求1所述吸附催化剂在低温处理含酚废水或含酚废气中的应用。
5.权利要求1所述吸附催化剂的使用方法，其特征是以所述吸附催化剂在常压常温下吸附废水或废气中的苯酚0.5?18小时，常温干燥后装入固定床反应器，常压、170?400°C条件下，以500?20001^的空速通入氧化性气体反应0.5?6小时。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征是所述的氧化性气体是空气、氧气体积含量为3?10%的空气、氧气体积含量为3?10%的氦气、或氧气体积含量为3?10%的氩气。
【文档编号】B01J20/20GK104492433SQ201410782254
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】李秉正, 张婵, 郑伟, 薛永兵, 田晋平, 郭亚兵, 孙龙梅, 乔雪竹 申请人:太原科技大学