本发明涉及催化剂制备
技术领域：
，尤其涉及一种催化降解余氯的催化剂的制备方法。
背景技术：
：氯消毒是水污染防治和自来水处理中应用时间最早、使用范围最广的消毒剂。氯消毒剂中，余氯(次氯酸，HOCl)是其中最重要的成分。氯消毒剂的使用对减少水媒传染病的发生和延长人类平均寿命发挥了巨大作用，但氯消毒剂残余及其与水中有机物、无机物形成的消毒副产物可能对人体健康产生严重危害。消毒副产物被认为是饮用水中普遍存在的致癌物质，现今认识到的已经有几百种。余氯及其反应产物本身又是饮用水中嗅味物质的主要物种。因而在完成消毒之后，自来水使用前，降低或消除余氯，以降低其危害就非常必要。余氯去除的常规方法主要有吸附降解法、加热法和晾晒法等。晾晒法一方面通过太阳光照降解余氯，另一方面还靠氯的挥发，其虽然成本低、操作简单，但存在处理时间长、占地面积大等诸多不便。加热法主要是利用余氯类物质的热分解，这种方法能源消耗大，且期间消毒剂和消毒副产物之间存在复杂的变化，通常只能在小范围使用。吸附降解法是以活性炭为主要吸附剂或将其改性提高其吸附性能，或以此进行催化降解，这种方式成本低而且处理量大，但是普通活性炭存在吸附降解速度慢，所吸附污染物可能随温度升高重新游离出来，大量的废弃活性炭难处理等问题。技术实现要素：本发明的目的是解决现有技术中去除余氯的方式处理时间长、占地面积大、能源消耗大、应用范围小、降解速度慢、废弃物难以处理等技术问题，提供一种催化降解余氯的催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种催化降解余氯的催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)向反应器中加入适量的质量百分比为10～35％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将铝盐和锰盐按摩尔浓度比为2～5:1，配制成总浓度为0.5～1.0mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至40～80℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:20～30，进行反应，然后用摩尔浓度为3.5～8.5mol/L的硫酸或摩尔浓度为4～9mol/L的盐酸调整pH到12.5～13.5，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量0.5～3％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为10～20目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的2～5倍、摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的稀硫酸或0.1～0.2mol/L的稀盐酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为3.5～8.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH6.5～7.5，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.1～0.5mol/L的氢氧化钙溶液调pH至9～10，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述铝锰溶液中铝盐和锰盐的摩尔浓度比为3:1。可选地，所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为10～20目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的2倍、摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的稀硫酸浸渍制得。可选地，所述氢氧化钙溶液的摩尔浓度为0.2mol/L。可选地，所述铝盐为硫酸铝或氯化铝，所述锰盐为硫酸锰或氯化锰。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。可选地，制得的催化剂用于水中除氯。本发明中，铝离子的加入是增加催化剂的骨架强度，降低吸附脱水时表面张力的影响，增强颗粒强度，防止催化剂遇水崩裂。同时，使用氢氧化钙溶液调pH至9～10进行扩孔时，部分表面结构中的铝溶出，有利于形成更有效率的催化界面。锰离子用于强化催化效果。加入活性炭的目的是作为进一步凝胶的核心，同时起到辅助吸附、降解余氯的目的。本发明的技术方案，提供了一种制备工艺简洁、成本低廉、易于工业化实施的催化降解余氯的催化剂的制备方法。另外，通过该方法制备的催化剂对游离余氯、氯代有机物等物质去除能力良好、性能稳定、机械强度高、不易崩裂，有效使用时间长。本发明相对于
背景技术：
具有如下优点：1、本发明所合成的催化剂催化降解余氯性能突出，对游离余氯、氯代有机物等物质去除能力强，较现有常用除氯产品(活性炭)去除余氯效率提高10～20倍。经此催化剂处理可提升自来水口感并降低潜在风险，可在自来水水质改善中使用，也可以在水族装备中使用。催化剂正常使用条件下，没有有害物质溶出，性能稳定，安全长效。2、本发明制备工艺简捷，投资少，原料成本低、能耗低、可大范围应用，且可以回收循环利用，属于低碳技术发展方向，符合国家社会节能减排发展方向。为验证通过本发明制备得到的催化剂对余氯的催化降解效果，进行下述实验：以纯水配置NaClO原水作为余氯溶液，采用本发明制备得到的催化剂降解，检测原水、出水中NaClO的浓度。其中，原水中NaClO的含量分别为1.5、1.0、0.5mg/L，反应柱中有效停留时间为3min。反应结束后，测得NaClO降解率达95.6％～98.9％，而同样条件下采用活性炭降解余氯的对照组，对NaClO的降解率分别为6.7～9.2％。且水中氯离子浓度相应上升。如表一所示，其为通过本发明制备的催化剂和通过活性炭去除余氯的效果表。表一催化剂氢氧化钙改性去除余氯效果活性炭未改性对照6.7～9.2％本实施例制备得到的催化剂氢氧化钙调pH至9.095.6％本实施例制备得到的催化剂氢氧化钙调pH至10.098.9％实验过程证明，通过本发明制备得到的催化剂，不仅除余氯效果极佳，而且反应迅速。当反应时间为1min时，本发明制备得到的催化剂催化降解效果明显高于对照组，降解速率是活性炭的接近20倍；且尤以氢氧化钙调pH至10.0制备得到的催化剂降解速率最快，在3min时就能降解掉98％以上的余氯。为检验上述催化剂的持久性，利用本发明制备得到的催化剂进行了多次脱除余氯的实验。结果表明，多次反应后的催化剂仍保留强的除余氯能力，说明本发明制备得到的催化剂具有持续去除余氯的能力，且可长时间使用，去除效果不受明显影响、反应速率长期保持。经本发明制备得到的催化剂处理自来水后，可提升自来水口感，并降低其潜在风险，其可在自来水水质改善中使用，也可以在水族装备中使用。上述催化剂正常使用条件下，没有有害物质溶出，性能稳定，安全长效。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。实施例1本实施例中的催化降解余氯的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：1)向反应器中加入适量的质量百分比为10～35％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将铝盐和锰盐按摩尔浓度比为2～5:1，配制成总浓度为0.5～1.0mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至40～80℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:20～30，进行反应，然后用摩尔浓度为3.5～8.5mol/L的硫酸或摩尔浓度为4～9mol/L的盐酸调整pH到12.5～13.5，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量0.5～3％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为10～20目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的2～5倍、摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的稀硫酸或0.1～0.2mol/L的稀盐酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为3.5～8.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH6.5～7.5，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.1～0.5mol/L的氢氧化钙溶液调pH至9～10，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述铝锰溶液中铝盐和锰盐的摩尔浓度比为3:1。可选地，所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为10～20目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的2倍、摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的稀硫酸浸渍制得。可选地，所述氢氧化钙溶液的摩尔浓度为0.2mol/L。可选地，所述铝盐为硫酸铝或氯化铝，所述锰盐为硫酸锰或氯化锰。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。可选地，制得的催化剂用于水中除氯。实施例2本实施例中的催化降解余氯的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：1)向反应器中加入500ml质量百分比为30％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将硫酸铝和硫酸锰按摩尔浓度比为3:1，配制成总浓度为1.0mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至80℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:20，进行反应，然后用摩尔浓度为6.5mol/L的硫酸调整pH到12.5，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量3％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为15目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的2倍、摩尔浓度为0.1mol/L的稀硫酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为6.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH6.5，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.2mol/L的氢氧化钙溶液调pH至9，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。实施例3本实施例中的催化降解余氯的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：1)向反应器中加入300ml质量百分比为10％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将硫酸铝和氯化锰按摩尔浓度比为2:1，配制成总浓度为0.7mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至60℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:25，进行反应，然后用摩尔浓度为8.0mol/L的盐酸调整pH到13，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量2％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为10目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的3倍、摩尔浓度为0.08mol/L的稀硫酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为3.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH6.8，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.4mol/L的氢氧化钙溶液调pH至10，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。实施例4本实施例中的催化降解余氯的催化剂的制备方法，其包括以下步骤：1)向反应器中加入200ml质量百分比为35％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将氯化铝和氯化锰按摩尔浓度比为5:1，配制成总浓度为0.5mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至40℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:30，进行反应，然后用摩尔浓度为3.5mol/L的硫酸调整pH到12.8，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量2.5％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为20目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的4倍、摩尔浓度为0.2mol/L的稀盐酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为4.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH7.5，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.5mol/L的氢氧化钙溶液调pH至9.5，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。实施例51)向反应器中加入400ml质量百分比为20％的硅酸钠溶液；2)配制铝锰溶液：将氯化铝和硫酸锰按摩尔浓度比为4:1，配制成总浓度为0.9mol/L的铝锰溶液；3)将反应器中的硅酸钠溶液在充分振荡的条件下加热至50℃，接着向反应器中加入铝锰溶液，硅酸钠溶液与铝锰溶液的摩尔浓度比为1:28，进行反应，然后用摩尔浓度为8.5mol/L的硫酸调整pH到13.5，得到硅酸胶体液；4)向硅酸胶体液中加入质量为硅酸质量0.5％的经酸浸处理过的活性炭粒子充分搅拌，得到凝胶；所述酸浸处理过的活性炭粒子为将粒径为18目的活性炭用纯水洗净表面粉粒及杂质后，用体积为活性炭体积的5倍、摩尔浓度为01mol/L的稀盐酸浸渍制得；5)在充分振荡条件下，用摩尔浓度为8.5mol/L的硫酸酸化凝胶至pH7.2，并经造粒盘进入成型油浴反应柱造粒成型，老化和清洗，得到硅胶粒；6)将硅胶粒浸于水中，并用浓度为0.1mol/L的氢氧化钙溶液调pH至9.2，扩孔、修饰、洗净、干燥，得到催化剂。可选地，所述活性炭粒子为煤质活性炭粒子或木质活性炭粒子。当前第1页1 2 3