一种活性炭载氧化铜催化剂,氧化铜和活性炭的重量百分比含量分别为1.0~5.0%和95.0~99.0%;用于焦化废水处理。该催化剂的制备方法:将活性炭用10%NaOH溶液浸渍24h后过滤,用去离子水洗至中性;再用10%HNO
1.一种活性炭载氧化铜催化剂的制备方法,其特征在于,该方法包括以下 各步骤: (1)将活性炭用10%NaOH溶液浸渍24h后过滤,用去离子水洗至中性; (2)将步骤(1)处理过的活性炭用10%HNO₃溶液浸渍24h后过滤, 用去离子水洗至中性,放入烘箱中,于100~110°C干燥; (3)配制0.2~0.3mol/Lxa0Cu(NO₃)₂溶液,在溶液中加入用步骤(1)和步 骤(2)处理过的活性炭充分搅拌,滴加20%的NaHCO₃沉淀剂,直至产生大 量沉淀,熟化24h,过滤,用去离子水洗至无金属离子析出,放入烘箱中于 100~110°C干燥,得到活性炭载氧化铜固体; (4)将步骤(3)得到的活性炭载氧化铜固体于270~280°C下活化2.5h, 制得活性炭载氧化铜催化剂。 技术领域 本发明涉及一种催化剂及其制备方法,该催化剂适用于焦化废水处理。 背景技术 钢铁工业炼焦工艺是以煤为原料,在隔绝空气条件下将煤加热到960~1000°C,得到焦碳 和一些化工产品。同时,在生产过程中产生大量难以生物降解的芳香族有机物、杂环及多环 化合物,且酚含量较高,这些污染物如果未经处理或处理不当随废水排放,将对水体产生严 重污染。国内外对焦化废水的处理都没有理想的处理方法。 目前,用固体催化剂处理焦化废水的方法主要有催化湿式氧化法、光催化氧化法等。催 化湿式氧化法是八十年代国际上发展起来的一种处理高浓度难生物降解有机废水的处理技 术(Uxa0Sxa04699720,1987)。它是在反应釜中,在催化剂作用下,于高温高压条件下用氧气或空 气直接将污水中的有机物氧化成CO₂、H₂O等无害物,以达到净化的目的。至今有多种过渡 金属氧化物被认为对湿式氧化有催化活性,中国大连化学物理研究所(水处理技术23(1997, 2)83-87)提到的贵金属系列催化剂的活性高、寿命长,但价格昂贵,使其应用受到极大的 限制。光催化氧化法是光催化过程采用半导体材料为催化剂,在可见或紫外光作用下,有一 部分近紫外光(290~400nm)极易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时发生强烈的光化学 反应,使有机物发生降解。半导体光催化剂主要有TiO₂、ZnO、WO₃等物质,其中以TiO₂光催化剂的研究最为活跃(应用化学18(2001(11)912~914)。光催化氧化技术对染料废 水、农药废水、酚类物质及制药废水都有较好的处理效果,但此工艺要实现工业化还需要在 提高催化剂的活性、解决催化剂的分离、开发高效光反应器等方面取得突破性成果。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是:提出一种处理焦化废水用催化剂的制备方法,并用该催 化剂与H₂O₂共同作用催化氧化处理焦化废水。 本发明的技术方案: 一种活性炭载氧化铜催化剂,其组分和含量为: 氧化铜重量百分比含量为1.0~5.0%,活性炭重量百分比含量为95.0~99.0%。 一种活性炭载氧化铜催化剂的制备方法,该方法包括以下步骤: (1)将活性炭用10%NaOH溶液浸渍24h后过滤,用去离子水洗至中性; (2)将步骤(1)处理过的活性炭用10%HNO₃溶液浸渍24h后过滤,用去离子水洗 至中性,放入烘箱中,于100~110°C干燥; (3)配0.2~0.3mol/Lxa0Cu(NO₃)₂溶液,在溶液中加入用步骤(1)和步骤(2)处理过的 活性炭充分搅拌,滴加20%的NaHCO₃沉淀剂,直至产生大量沉淀,熟化24h,过滤,用去 离子水洗至无金属离子析出,放入烘箱中于100~110°C干燥,得到活性炭载氧化铜固体。 (4)将步骤(3)得到的活性炭载氧化铜固体于270~280°C下活化2.5h,制得活性炭 载氧化铜催化剂。 本发明和现有技术相比所具有的有益效果: 活性炭载氧化铜催化剂的制备是以硝酸铜为原料,以活性炭为载体,将氧化铜载到活性 炭上,催化剂制备方法简便、价格低廉、稳定性好、催化活性高。用该催化剂催化氧化处理 焦化废水,可在35~40°C条件下直接进行,易于操作,反应条件温和,COD去除率高。 附图说明 图1为鞍山钢铁厂焦化废水处理前后的紫外可见光谱图,从图1可以看出处理前的实线 部分,在270nm处有强烈的苯酚特征吸收峰,在270nm前后有多个苯的同系物的吸收峰; 处理后的虚线部分,各种吸收峰均消失,说明通过催化氧化处理焦化废水,已经将结构稳定 的苯环打开了。 图2为太原钢铁厂焦化废水处理前后的紫外可见光谱图,从图2可以看出处理前的实线 部分,在270nm处有强烈的苯酚特征吸收峰,在270nm前后有多个苯的同系物的吸收峰。 处理后的虚线部分,各种吸收峰均消失,说明通过催化氧化处理焦化废水,已经将结构稳定 的苯环打开。 具体实施方式 实施方法一,载CuOxa01.0%的活性炭载氧化铜催化剂的制备方法的步骤: (1)将活性炭50g用300mLxa010%NaOH溶液浸渍24h后过滤,用去离子水洗至中性; (2)将步骤(1)处理过的活性炭用300mLxa010%HNO₃溶液浸渍24h后过滤,用去离子 水洗至中性,放入烘箱中,于100°C干燥; (3)配制0.2mol/Lxa0Cu(NO₃)₂溶液200mL,在溶液中加入用步骤(1)、步骤(2)处理 过的活性炭30g充分搅拌,滴加20%的NaHCO₃沉淀剂,直至产生大量沉淀,熟化24h,过 滤,用去离子水洗至无金属离子析出,放入烘箱中于100°C干燥,得到活性炭载氧化铜固体。 (4)将步骤(3)得到的活性炭载氧化铜固体于280°C活化2.5h,制得载CuOxa01.0%的 活性炭载氧化铜催化剂。 实施方法二,载CuOxa05.0%的活性炭载氧化铜催化剂的制备方法的步骤: 步骤(1)、(2)与实施方法一相同; (3)配制0.3mol/Lxa0Cu(NO₃)₂溶液200mL,在溶液中加入用步骤(1)、步骤(2)处理 过的活性炭30g充分搅拌,滴加20%的NaHCO₃沉淀剂,直至产生大量沉淀,熟化24h,过 滤,用去离子水洗至无金属离子析出,放入烘箱中于110°C干燥,得到活性炭载氧化铜固体。 (4)将步骤(3)得到的活性炭载氧化铜固体于280°C活化2.5h,制得载CuOxa05.0%的 活性炭载氧化铜催化剂。 实施方法三,载CuO1.0%的活性炭载氧化铜催化剂的制备方法 步骤(1)、(2)、(3)与实施方法一相同; (4)将步骤(3)得到的活性炭载氧化铜固体于270°C活化2.5h,制得载CuOxa01.0%的 活性炭载氧化铜催化剂。 用本发明的活性炭载氧化铜催化氧化处理焦化废水的方法: 取焦化废水100mL放入250mL锥型瓶中,加入制备好的载CuOxa01.0%的活性炭载氧化 铜催化剂1.5g,再加入0.5~1.0mL的30%H₂O₂,于35~40°C反应25~30min,过滤,滤液即 为处理过的废水。 本发明活性炭载氧化铜催化剂经催化氧化处理CODcr值为1190mg/L的鞍山钢铁厂焦化 废水,处理后CODcr值为48.1mg/L,去除率为96.0%,处理前后的紫外光谱图见附图1;处 理CODcr值为801.6mg/L的太原钢铁厂焦化废水,处理后CODcr值为16.0mg/L,去除率为 98.0%,处理前后的紫外光谱图见附图2。本发明催化剂经催化氧化处理这两种焦化废水, 废水的CODcr值远远低于国家排放标准(小于150mg/L)。废水中有机物降解的作用机理主 要为·OH自由基的氧化反应,可以推测有机物降解反应过程式所示: H₂O₂+催化剂→2·OHxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1) ·OH+H₂O₂→H₂O+HO₂·xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2) ·OH+·OH→H₂O₂xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3) HO₂·+H₂O₂→O₂+H₂O+·OHxa0xa0xa0xa0(4) R+·OH→...→CO₂+H₂Oxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5) 用活性炭载氧化铜催化剂处理焦化废水的实例。 实例1:鞍山钢铁厂焦化废水处理。 取鞍山钢铁厂CODcr值为1190mg/L的焦化废水100mL放入250mL锥型瓶中,加入 制备好的载CuOxa01.0%的活性炭载氧化铜催化剂1.5g,再加入0.5~1.0mL的30%H₂O₂,于 35~40°C反应25~30min,过滤,滤液即为处理过的废水,处理后水的CODcr值48.1mg/L, 去除率为96.0%。 实例2:太原钢铁厂焦化废水处理。 取太原钢铁厂CODcr值为801.6mg/L的焦化废水100mL放入250mL锥型瓶中,加入 制备好的载CuOxa01.0%的活性炭载氧化铜催化剂1.5g,再加入0.5~1.0mL的30%H₂O₂,于 35~40°C反应25~30min,过滤,滤液即为处理过的废水,处理后水的CODcr值16.0mg/L, 去除率为98.0%。 由实例1、实例2及鞍山钢铁厂焦化废水处理前后的紫外可见光谱图和太原钢铁厂焦化 废水处理前后的紫外可见光谱图可见:活性炭载氧化铜催化剂的催化氧化降解焦化废水效果 显著。本发明制得的催化剂的制备方法简单、价格低廉、催化剂的稳定性好,对有机污染物 去除率高,而且可在35~40°C条件下直接处理焦化废水。