本发明涉及一种高效稳定污泥炭电化学催化剂及其制备方法和应用，以污泥炭或表面改性的污泥炭作为载体，采用高活性不易流失的金属为活性组分制备污泥炭催化剂，用于电化学处理有机工业废水。
背景技术：
城市污水处理厂在污水处理过程中会形成大量的剩余污泥，污泥中含有大量的水、有机质、无机质、微生物、寄生虫以及各种重金属。若不及时处理，将引起严重的二次污染，对人类活动、生态环境造成潜在的威胁。污泥是污水处理过程中的主要副产物，目前，我国全年污水处理量可达550m3以上，预计全年产生含水率80％的污泥3500万吨以上，干污泥700万吨以上。现存的污泥处理技术并不成熟，处理效率较低。
从国内外处理污泥方法分析对比来看，在国外由于污泥处理事业起步发展较早，目前已经形成较为成熟的工业技术。例如美国早期主要采取投海法处理污泥，结果造成了严重的水污染现象，因此逐渐摒弃污泥投海方法。随着技术的进步，现行的主要处理方法为污泥土地利用。而在国内，污泥的处理方法依旧以填埋为主，对于污泥的处理技术和处理设备相对落后，存在污泥处理率低，工艺不完善，处理过程中的管理水平设计水平较低。
随着社会经济不断发展，工业化水平不断提高，化工、冶炼、纤维制造等产业发展迅速，工业污水排放量逐年增加。有机工业废水对人体和环境有着极大的危害，因此寻求高效污水处理方法刻不容缓。高级氧化技术可以高效去除废水中的有机污染物，广泛应用于处理难降解有机废水。研究表明，污泥中含有大量的有机物，在高温条件下可以制备污泥炭。污泥炭作为高级氧化技术的催化剂，可以减少氧化剂的投加量，提高有机物的去除率，降低高级氧化技术的运行成本。
高级氧化技术中的电化学氧化法在处理低浓度高盐废水有较好的去除效果，该类废水主要包括煤化工废水、制药企业废水、膜过滤浓盐水、石化行业废水及化工企业废水等。电化学氧化处理有机工业废水过程中，投加一定量的催化剂将进一步提高有机污染物的去除率。目前仍未出现污泥炭催化剂在电化学氧化处理中的报道。若能利用污泥炭作为载体制备出低成本高活性的催化材料，同时能解决污泥处理难题，实现“以废治废”的目的，制备的污泥炭催化剂有望在电催化氧化处理难降解有机废水的工业化装置上得以广泛应用，具有很高的实际应用前景。
技术实现要素：
本发明涉及一种污泥炭电催化剂及其制备方法和应用，用于电催化氧化处理有机工业废水。
1.污泥炭电化学催化剂，其特征在于：
(1)取城市生活污水厂的污泥，在80～120℃的温度条件下干燥10～48h，之后将其进行粉碎，利用50～300目筛过滤，获得污泥粉末样品。
(2)使用氮气作保护气，在反应炉中以300～900℃温度条件煅烧3～7h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
(3)同时也可以将(2)中得到的污泥炭用质量分数为10～50wt.％的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、高氯酸中的1～2种或质量分数为10～50wt.％氢氧化钠和过氧化氢中的1～2种，浸泡2～24h，控制温度在0～90℃之间，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值6～8，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在10～150℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
2.污泥活性炭催化剂制备方法如下：
将污泥炭(或表面改性的污泥炭)浸泡在rucl3、h2ptcl6、pd(no3)2、rhcl3或ircl3中一种或两种以上溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为0.01～5.0wt.％，在300～900℃温度下，隔绝空气煅烧2～8h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
3.权利要求1所述的表面改性的污泥炭粉末或权利要求2所述的一种高效稳定污泥炭电化学催化剂的应用：
所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：反应温度为10～70℃，搅拌速度为100～300r/min；催化剂投加量为0.1～5.0g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10～50mm,电流密度为2～500ma/cm2.
本发明涉及的电化学催化剂具有以下优点：
①此种催化剂具有较大的比表面积，负载高活性贵金属组分可以很大程度提高催化效率。
②此种催化剂在电化学氧化降解工业废水有机物过程中不易分解，具有良好的稳定性。
③此种催化剂原料取自城市污泥，废物合理再利用，美化环境，并且污泥原料成本较低，适用于大规模生产。
该污泥炭化学性质稳定，可以在酸性和碱性溶液中稳定存在，可以提高电化学氧化有机物的效率，有利于电化学氧化处理难降解有机废水技术的发展。
附图说明：
图1实施例1中污泥炭电催化toc去除率苯乙酮转化率与反应时间关系图。
图2实施例1中污泥炭电催化污染物转化率toc去除率与反应时间关系图。
具体实施方式
本发明所述的高效稳定污泥炭电化学催化剂，可以处理难降解有机废水，提高有机物的去除率，从而促进了电化学氧化技术的广泛应用。
实施例1：
①取城市生活污水厂的污泥，在105℃的温度条件下干燥10h，之后将其进行粉碎，利用50目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以400℃温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将上述得到的污泥炭用质量分数为25wt.％的硫酸浸泡2h，控制温度在20℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在60℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
④表面改性的污泥炭浸泡在rucl3溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为5.0wt.％，在300℃温度下，隔绝空气煅烧2h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
⑤所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为60℃，搅拌速度为100r/min；催化剂投加量为0.5g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为84.2％，toc去除率为72.2％。
实施例2：
①取城市生活污水厂的污泥，在120℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用100目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以500℃温度条件煅烧4h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将上述得到的污泥炭用质量分数为30wt.％的磷酸浸泡4h，控制温度在40℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在50℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
④所述污泥炭用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为50℃，搅拌速度为200r/min；催化剂投加量为0.8g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为20mm,电流密度为90ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为70.2％，toc去除率为65.3％。
实施例3：
①取城市生活污水厂的污泥，在120℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用200目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以600℃温度条件煅烧7h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将上述得到的污泥炭用质量分数为40wt.％的硝酸浸泡24h，控制温度在60℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在40℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
④表面改性的污泥炭浸泡在pd(no3)2溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为3.0wt.％，在800℃温度下，隔绝空气煅烧4h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
⑤所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为50℃，搅拌速度为150r/min；催化剂投加量为1.0g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为30mm,电流密度为70ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为66.7％，toc去除率为61.2％。
实施例4：
①取城市生活污水厂的污泥，在100℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用150目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以700℃温度条件煅烧6h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将上述得到的污泥炭用质量分数为30wt.％的盐酸浸泡10h，控制温度在50℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在40℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
④表面改性的污泥炭浸泡在pd(no3)2和ircl3混合溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量各为1.0wt.％，在700℃温度下，隔绝空气煅烧5h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
⑤所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为70℃，搅拌速度为200r/min；催化剂投加量为1.2g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为40mm,电流密度为80ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为77.7％，toc去除率为71.0％。
实施例5：
①取城市生活污水厂的污泥，在100℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用300目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以450℃温度条件煅烧2h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将上述得到的污泥炭用质量分数为30wt.％的高氯酸浸泡3h，控制温度在50℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在60℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
④所述污泥炭用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为40℃，搅拌速度为200r/min；催化剂投加量为0.7g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为50mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为60.1％，toc去除率为55.7％。
实施例6：
①取城市生活污水厂的污泥，在105℃的温度条件下干燥10h，之后将其进行粉碎，利用50目筛过滤，获得污泥粉末样品。
②使用氮气作保护气，在反应炉中以400℃温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
③将污泥炭粉末浸泡在rucl3溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为5.0wt.％，在300℃温度下，隔绝空气煅烧2h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
④所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为60℃，搅拌速度为100r/min；催化剂投加量为0.5g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为71.4％，toc去除率为61.3％。
对比例1：
1.取煤基活性炭用质量分数为30wt.％的硫酸浸泡3h，控制温度在50℃，之后将得到浸泡后的煤基活性炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的煤基活性炭进行烘干，温度控制在60℃，即得到表面改性的煤基活性炭。
2.所述煤基活性炭用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为40℃，搅拌速度为200r/min；催化剂投加量为0.7g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为50mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为41.7％，toc去除率为36.2％。
对比例2：
1.取煤基活性炭用质量分数为30wt.％的盐酸浸泡10h，控制温度在50℃，之后将得到浸泡后的煤基活性炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在40℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
2.表面改性的污泥炭浸泡在pd(no3)2和ircl3混合溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量各为1.0wt.％，在700℃温度下，隔绝空气煅烧5h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
3.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为70℃，搅拌速度为200r/min；催化剂投加量为1.2g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为40mm,电流密度为80ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为50.1％，toc去除率为44.2％
对比例3：
1.取城市生活污水厂的污泥，在105℃的温度条件下干燥10h，之后将其进行粉碎，利用50目筛过滤，获得污泥粉末样品。
2.使用氮气作保护气，在反应炉中以250℃(低于权利要求1中300℃下限)温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
3.将上述得到的污泥炭用质量分数为25wt.％的硫酸浸泡2h，控制温度在20℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在60℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
4.表面改性的污泥炭浸泡在rucl3溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为5.0wt.％，在300℃温度下，隔绝空气煅烧2h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
5.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为60℃，搅拌速度为100r/min；催化剂投加量为0.5g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为50.1％，toc去除率为42.9％。
对比例4：
1.取城市生活污水厂的污泥，在120℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用200目筛过滤，获得污泥粉末样品。
2.使用氮气作保护气，在反应炉中以300℃温度条件煅烧2h(低于权利要求1中3h下限)，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
3.将上述得到的污泥炭用质量分数为40wt.％的硝酸浸泡24h，控制温度在60℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在40℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
4.表面改性的污泥炭浸泡在pd(no3)2溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为3.0wt.％，在800℃温度下，隔绝空气煅烧4h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
5.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为50℃，搅拌速度为150r/min；催化剂投加量为1.0g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为30mm,电流密度为70ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为50.2％，toc去除率为39.5％。
对比例5：
1.取城市生活污水厂的污泥，在120℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用200目筛过滤，获得污泥粉末样品。
2.使用氮气作保护气，在反应炉中以1000℃(低于权利要求1中900℃上限)温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
3.将上述得到的污泥炭用质量分数为40wt.％的硝酸浸泡24h，控制温度在60℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在40℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
4.表面改性的污泥炭浸泡在pd(no3)2溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为3.0wt.％，在800℃温度下，隔绝空气煅烧4h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
5.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为50℃，搅拌速度为150r/min；催化剂投加量为1.0g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为30mm,电流密度为70ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为40.9％，toc去除率为32.8％。
对比例6：
1.取城市生活污水厂的污泥，在120℃的温度条件下干燥20h，之后将其进行粉碎，利用200目筛过滤，获得污泥粉末样品。
2.使用氮气作保护气，在反应炉中以600℃温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
3.将上述得到的污泥炭浸泡在pd(no3)2溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为3.0wt.％，在600℃温度下，隔绝空气煅烧4h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
5.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为50℃，搅拌速度为150r/min；催化剂投加量为1.0g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为30mm,电流密度为70ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为50.1％，toc去除率为43.8％。
对比例7：
1.取城市生活污水厂的污泥，在105℃的温度条件下干燥10h，之后将其进行粉碎，利用50目筛过滤，获得污泥粉末样品。
2.使用氮气作保护气，在反应炉中以350℃温度条件煅烧3h，冷却至室温，获得污泥炭粉末。
3.将上述得到的污泥炭用质量分数为5wt.％的盐酸浸泡1h，控制温度在20℃，之后将得到浸泡后的污泥炭，再使用去离子水冲洗直至出水ph值为6，对处理后的污泥炭进行烘干，温度控制在60℃，即得到表面改性的污泥炭粉末。
4.表面改性的污泥炭浸泡在rucl3溶液中，以盐中金属质量计盐的负载量为3.0wt.％，在400℃温度下，隔绝空气煅烧2h得到的产物即为所需的污泥炭催化剂。
5.所述催化剂用于电化学氧化处理有机废水间歇反应条件为：苯乙酮初始浓度为100mg/l，反应温度为60℃，搅拌速度为100r/min；催化剂投加量为0.5g/l，电极板为ti/ruo2+tio2，电极板尺寸为50×40×2mm，极板间距为10mm,电流密度为50ma/cm2。反应180min后，苯乙酮转化率为48.2％，toc去除率为41.3％。