一种用于电催化降解有机废水的活性炭负载型催化剂的制备方法_2

文档序号:9698051阅读:来源:国知局
性地提出了多种金属硝酸盐或其它可溶盐掺杂活性炭上的主要活 性组分,从而提高负载催化剂的催化活性;
[0035] (4)本发明把稀土金属元素与其他活性金属元素的硝酸盐配合使用,实现了催化 剂表面颗粒的均匀与细化,另外将P 2〇5粉末与含活性金属的活性炭混合焙烧,上述两个方法 同时使用,大大地提高了负载催化剂的催化活性;在同等条件下,相比于单纯活性金属的活 性炭负载型催化剂,其催化效率可提高5%~15% ;
[0036] (5)本发明方法工艺简单,操作方便,成本低,且制得的催化剂在电催化降解有机 废水的过程中无需另外再添加其他氧化剂,有利于大规模产业化应用。
【附图说明】
[0037]图la为本发明实施例1中步骤(1)预处理后的活性炭在电子扫描显微镜下的表面 形貌;
[0038] 图lb为本发明实施例1中步骤(3)制得的含Cu/Ce的活性炭固体在电子扫描显微镜 下的表面形貌;
[0039] 图lc为本发明实施例1中步骤(4)得到的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂在电子扫 描显微镜下的表面形貌;
[0040] 图2a为本发明实施例1中步骤(1)预处理后的活性炭表面的EDS元素分析图谱;
[0041] 图2b为本发明实施例1中步骤(4)得到的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂表面的EDS 元素分析图谱;
[0042]图3a为本发明对比例1中步骤(3)得到的含Cu的活性炭负载型催化剂在电子扫描 显微镜下的表面形貌;
[0043] 图3b为本发明对比例1中步骤(3)得到的含Cu的活性炭负载型催化剂表面的EDS元 素分析图谱。
【具体实施方式】
[0044] 以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步详细地说明。
[0045] 实施例1
[0046] 本实施例的一种用于电催化降解有机废水的活性炭负载型催化剂的制备方法,所 述方法包括如下步骤:
[0047] (1)将颗粒粒径为30目的活性炭用质量浓度为40%的硝酸水溶液泡24h,过滤后将 滤饼用去离子水洗涤至检测到洗涤液的pH值为7,然后将滤饼在100°C的干燥箱内烘干,获 得预处理后的活性炭,备用;
[0048] (2)取20g步骤(1)所述预处理后的活性炭、2.256g(40ml 0.3M)Cu(N03)2、0.131g (20ml 0.02M)Ce(N03)3与2.304g(40ml 0.3M)柠檬酸混合,搅拌均匀后制得混合反应液,然 后向所述混合反应液中逐滴滴加氨水,调节反应液的pH值为6.5,再在80°C水浴条件下反应 lh,反应结束后生成粘稠状浆液;
[0049] (3)将步骤(2)所述制得的粘稠状浆液在100°C恒温油浴中蒸干,将蒸干后得到的 固体置于120°C干燥箱中烘干,制得21.029g含Cu/Ce的活性炭固体;
[0050] (4)向步骤(3)所述得到的活性炭固体中加入1.051g(即加入量为含多种活性金属 的活性炭固体质量的5%)P 2〇5粉末,混合均匀后置于马弗炉中在450°C条件下焙烧5h,冷却 后,得到所述的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂。
[0051] 本实施例步骤(1)预处理后的活性炭、步骤(3)制得的含Cu/Ce的活性炭固体、步骤 (4)得到的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂在电子扫描显微镜下的表面形貌分别如图la、lb、 lc所示,由图la可以看出,未负载的活性炭表面比较光滑,活性炭表面的孔洞清晰可见;由 图lb可以看出,活性炭表面负载了一层均匀的催化剂,催化剂颗粒粒径小,且催化剂在活性 炭表面分布均匀;由图lc可以看出,活性炭表面微孔增加,可能是由于进入到微孔中的P 2〇5 气化所生的裂缝造成的,微孔的产生大大增加了活性炭表面与催化剂的接触面积。
[0052] 另外,将本实施例步骤(3)制得的含Cu/Ce的活性炭固体的表面形貌(图la)与对比 例1步骤(3)制得的含Cu的活性炭负载型催化剂的表面形貌(图3a)进行对比,可以看出,稀 土金属Ce的加入大大细化了催化剂的粒径。
[0053]本实施例中步骤(1)预处理后的活性炭表面的EDS元素分析图谱如图2a所示;步骤 (4)得到的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂表面的EDS元素分析图谱如图2b所示;由图2a可 知,步骤(1)预处理后的活性炭表面主要元素为C,含有4.73%A1和3.98%0元素,未检测到 其它元素,其中A1为活性炭制造过程中的杂质;由图2b可知,活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂 表面小颗粒区域依然以碳元素为主,另含有8.13%Cu、0.99%Ce和7.26%0元素,证明负载 后的活性炭表面小颗粒为铜铈氧化物的混合物。
[0054]将本实施例制得的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂应用于电催化降解有机废水,具 体应用方法如下:
[0055] (1)设计一电化学反应器装置,该装置中设有阳极和阴极;阳极为钛网,里面填充 有本实施例上述制得的活性炭负载型Cu/Ce-AC催化剂,中间由碳棒或金属引出的导线连接 至电源正极;阴极由不锈钢板制作而成,电极之间的间距为5cm,阴极由导线连接至电源负 极;
[0056] (2)将某钢铁公司的焦化废水(C0D为3196mg/L,偏碱性)引入上述电化学反应器装 置中,在电极间通过电化学工作站施加恒定电流(电流密度约400mA/dm 2,电压约6~9v),并 用磁力搅拌器轻微搅拌被降解溶液,反应时间为180min,处理完后静置沉淀,然后取上清液 测C0D,处理后C0D降至96.23mg/L,去除率达到了96.98%。实施例2
[0057] 本实施例的一种用于电催化降解有机废水的活性炭负载型催化剂的制备方法,所 述方法包括如下步骤:
[0058] (1)将颗粒粒径为15目的活性炭用质量浓度为40%的硝酸水溶液泡24h,过滤后将 滤饼用去离子水洗涤至检测到洗涤液的pH值为7,然后将滤饼在100°C的干燥箱内烘干,获 得预处理后的活性炭,备用;
[0059] (2)取20g步骤(1)所述预处理后的活性炭、1.121g(20ml 0.25M)Fe(N03)3、0.1g (20ml 0.015M) (Ce (N〇3)3与1.152g(20ml 0.3M)柠檬酸混合,搅拌均匀后制得混合反应液, 然后向所述混合反应液中逐滴滴加氨水,调节反应液的pH值为8.0,再在80°C水浴条件下反 应lh,反应结束后生成粘稠状浆液;
[0060] (3)将步骤(2)所述制得的粘稠状浆液在100°C恒温油浴中蒸干,将蒸干后得到的 固体置于120°C干燥箱中烘干,制得20.452g含Fe/Ce的活性炭固体;
[0061] (4)向步骤(3)所述得到的活性炭固体中加入1.432g(即加入量为含多种活性金属 的活性炭固体质量的7%)P 2〇5粉末,混合均匀后置于马弗炉中在500°C条件下焙烧5h,冷却 后,得到所述的活性炭负载型Fe/Ce-AC催化剂。
[0062] 将本实施例制得的活性炭负载型Fe/Ce-AC催化剂应用于电催化降解有机废水,具 体应用方法如下:
[0063] (1)设计一电化学反应器装置,该装置中设有阳极和阴极;阳极为钛网,里面填充 有本实施例上述制得的活性炭负载型Fe/Ce-AC催化剂,中间由碳棒或金属引出的导线连接 至电源正极;阴极由不锈钢板制作而成,电极之间的间距为5cm,阴极由导线连接至电源负 极;
[0064] (2)将山西某焦化厂的焦化废水(C0D为2672.8mg/L,偏碱性)引入上述电化学反应 器装置中,在电极间通过电化学工作站施加恒定电流(电流密度约600mA/dm2,电压约6~ 9v),并用磁力搅拌器轻微搅拌被降解溶液,反应时间为6h,处理完后静置沉淀,然后取上清 液测C0D,处理后C0D降至112.58mg/L,去除率达到了95.79%。
[0065] 实施例3
[0066] 本实施例的一种用于电催化降解有机废水的活性炭负载型催化剂的制备方法,所 述方法包括如下步骤:
[0067] (1)将颗粒粒径为30目的活性炭用质量浓度为40%的硝酸水溶液泡24h,过滤后将 滤饼用去离子水洗涤至检测到洗涤液的pH值为7,然后将滤饼在100°C的干燥
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