一种负载金属氧化物的活性炭催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理技术领域，涉及一种适用于污水处理催化氧化反应器中的催化剂及其制备方法，具体涉及一种负载金属氧化物的活性炭催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自2003年7月I日以后，国内环境敏感地区的各类污水处理厂外排环境水体的水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918 - 2002)。时至今日，随着环境污染压力的递增、全国各地方政府要求各类污水处理厂外排环境水体的水质执行上述标准中最严格的“一级A”标准，特殊敏感地区甚至执行比此标准要求更严格的地方标准。
[0003]各类工业污水处理厂、工业园区污水处理厂、混入大量工业污水的市政污水处理厂采用常规的生化、物化工艺很难达到上述“一级A”标准，需要升级达标改造。臭氧催化氧化或二氧化氯催化氧化污水处理技术广泛应用于上述污水处理厂的升级达标改造工程中。催化氧化工艺的原理是:在反应塔或反应池内，臭氧或二氧化氯等化学氧化剂与污水中的有机污染物在催化剂表面接触形成三相反应体系，催化剂表面含有大量的羟基、酚羟基团促使化学氧化剂生成高活性的羟基自由基[.ΟΗ]，[.ΟΗ]能与有机物发生激烈的化学氧化反应，以分解或转化难以生物降解的有机污染物。影响催化氧化技术处理效果的关键因素是催化剂的种类和质量。
[0004]近些年来，随着催化氧化技术在污水处理中广泛应用，人们对水处理用催化剂做了大量研宄工作，比较有代表性的技术成果有中国专利申请“一种吸附与裂化双功能废水处理催化剂的制备方法”(申请号200810225536，公开日2009年3月18日)、“一种废水处理催化剂及其制备方法”(申请号200910188129，公开日2011年5月11日)、“一种水处理催化剂及其制备方法”(申请号201010526246，公开日2011年4月6日)、“一种水处理催化剂及其生产方法和应用”(申请号201210383426，公开日2013年I月16日)等等，上述专利成果及产品的应用为解决水处理行业升级达标难题做出过突出贡献。
[0005]以上专利成果从制备工艺上可分为两类:第一类是载体表面喷涂法，将金属氧化物的浸渍液喷涂到高温活性炭表面，形成表面负载金属氧化物的活性炭催化剂；第二类是混合烧结法，将金属氧化物粉末与陶土、稀土、黄泥或者粉末活性碳等载体物质按比例混合、研磨、造粒、成型、干燥、高温烧结，制成颗粒状的负载金属氧化物的陶粒催化剂、活性炭催化剂等。表面喷涂法制得的催化剂，由于金属氧化物只存在于载体表面，随着使用中催化剂颗粒的磨损，载体表面金属氧化物流失，催化剂很快失效。混合烧结法制得的催化剂颗粒，金属氧化物与载体物质均匀混合，克服了由于磨损失效快的缺点，但其生产工艺复杂、生产成本高。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种负载金属氧化物的活性炭催化剂及其制备方法，该催化剂活性高、稳定性好、寿命长，适用于污水处理催化氧化反应器中，该制备方法成本低、制造工艺简单。
[0007]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]一种负载金属氧化物的活性炭催化剂，其组分及重量百分比如下:
[0009]活性炭载体98.5-99% ；
[0010]金属氧化物1-1.5%。
[0011]进一步，所述的活性炭载体为煤质柱状活性炭，外形尺寸Φ4*15ι?πι，比表面积800-1200m2/g，总孔容积彡0.8cm3/g，吸附碘值彡650g/g，机械强度彡90kgf/cm2，堆积密度
0.6-0.65t/m3，含水率 5-8 %。
[0012]进一步，所述的金属氧化物包含以下种类中的一种或几种:氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钛、氧化钴、氧化锰、氧化钒。
[0013]如上所述的一种负载金属氧化物的活性炭催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)用强酸将金属氧化物溶解成金属离子，加水调制成质量浓度为1.2-1.7%的酸性溶液；
[0015](2)用上述酸性溶液浸泡活性炭载体，使金属离子吸附到活性炭的孔隙中；
[0016](3)用碱性溶液浸泡上述活性炭，使活性炭孔隙中的金属离子转化成不稳定的固体金属氢氧化物；
[0017](4)将上述活性炭催化剂晾干；
[0018](5)将上述晾干的活性炭催化剂送进加热炉中高温焙烧，使活性炭孔隙中金属氢氧化物转化为稳定的固体金属氧化物。
[0019]进一步，所述的金属氧化物粉末为工业级产品，纯度彡98%，粒度100目。
[0020]进一步，所述的强酸是浓度为10%的工业级盐酸溶液。
[0021]进一步，所述的碱性溶液为氢氧化钠碱性溶液，是由浓度为10%的工业级氢氧化钠溶液加水调制而成。
[0022]进一步，步骤(2)中，用酸性溶液浸泡活性炭载体的时间为30min-60min ;
[0023]步骤(3)中，用浓度1.8-2.0%的碱性溶液浸泡上述活性炭载体的时间为45min_90mino
[0024]进一步，步骤(4)中，将上述活性炭催化剂瞭干至堆积密度0.65-0.7t/m3。
[0025]进一步，步骤(5)中，将瞭干的活性炭催化剂在200°C高温焙烧120min-180min。
[0026]本发明的效果在于:采用本发明所述的制备方法制备的催化剂活性高、稳定性好、寿命长，适用于污水处理催化氧化反应器中，该制备方法成本低、制造工艺简单。
【附图说明】
[0027]图1为本发明【具体实施方式】中所获负载金属氧化物的活性炭催化剂成品的示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面以生产Im3负载金属氧化物的活性炭催化剂的实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0029]本实施例中的主要原料包括:
[0030]I)煤质柱状活性炭:外形尺寸Φ 4*15mm，比表面积800-1200m2/g，总孔容积彡0.8cm3/g，吸附碘值彡650g/g，机械强度彡90kgf/cm2，堆积密度0.6-0.65t/m3，含水率5-8% ；
[0031]2)金属氧化物:工业级产品，纯度多98%，粒度100目，金属氧化物包含以下种类中的一种或几种:氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钛、氧化钴、氧化锰、氧化钒；
[0032]3)盐酸溶液:工业级，浓度10% ；
[0033]4)氢氧化钠溶液:工业级，浓度10% ；
[0034]5)水:自来水。
[0035]实施例1
[0036]第一步、酸性溶液制备:称量10kg浓度10%的盐酸倒入酸性溶液配制槽中，开启配制搅拌机，按需要称量7kg氧化铜粉末倒入酸性溶液配制槽中，反应lOmin。待金属氧化物粉末充分溶解后，加500kg自来水调制成浓度1.2%的酸性溶液600L。停止搅拌机，用泵将酸性溶液提升到吸附反应釜中。
[0037]第二步、酸性溶液浸泡:量取Im3煤质柱状活性炭倒入搅拌反应釜中，让活性炭在酸性溶液中浸泡30min。打开吸附反应釜底部过滤阀将剩余的酸性液体排回酸性溶液配制槽、以备下次重复利用。关闭过滤阀。
[0038]第三步、碱性溶液制备:称量IlOkg浓度10%的氢氧化钠溶液倒入碱性溶液配制槽中，开启配制搅拌机，加490kg自来水调制成浓度1.8%碱性溶液600L。停止搅拌机，用泵将碱性溶液提升到吸附反应釜中。
[0039]第四步、碱性溶液浸泡:让吸附反应釜中的煤质柱状活性炭浸泡在碱性溶液中45min。打开吸附反应釜底部过滤阀将剩余的碱性液体排回碱性溶液配制槽、以备下次