适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法技术

本发明专利技术提供了一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，制备步骤如下：步骤(1)：催化剂载体选用活性炭，活性炭用去离子水冲洗3遍，然后浸泡8至12h，过滤100～105℃干燥12小时；步骤(2)：将预处理后的活性炭投加到浓度为0.1～1mol/L的硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈的混合盐溶液，其中硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈摩尔比为4:1:0.1～2，搅拌2小时后静置6～8小时；步骤(3):搅拌步骤(2)中的混合盐溶液并同时缓慢滴加氨水至pH达到8～9，在过滤清洗3次后，在100～105℃下烘干2～8小时，然后300～600℃煅烧3～5小时，得到复合三金属负载活性炭催化剂。应用本技术方案既能实现高效去除氨氮，也能将大部分去除的氨氮转化为氮气的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法
本专利技术涉及环境工程水处理技术领领域，具体是指一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法。
技术介绍
随着城市社会经济的不断发展和人口数量不断增加，污染物排放也随之增加。城市内河流经城市街区，承担了行洪和部分纳污的功能，由于建设和管理体制等诸多原因，我国各城市中普遍存在雨污分流不完全，部分雨污水混流排入自然水体。加之部分河道水体水动力条件较差，纳污严重，环境容量较低，水体黑臭，由此引发的环境问题也越来越明显。城市黑臭水体分级的评价指标主要包括透明度、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)和氨氮(NH3-N)。其中氨氮能够有效去除是制约黑臭水体是否达标的关键因子。因此，针对黑臭水体治理目标，开发能有效去除氨氮的水环境治理技术，迫在眉睫。氨氮去除常用的方法有吸附法、化学氧化法和生物化学法。吸附法具有使用方便，利用高吸附容量的材料可达到较好的氨氮处理效果，有利于氨氮回收，但吸附材料的再生性、安全性还需进一步研究。生物法主要是利用生物代谢活动通过硝化和反硝化反应，将氨氮氧化成硝态氮，再还原成氮气来达到除氨的目的，具有耗能低等优点，同时也存在处理构筑物占地大、初期投资大、启动周期长和水力停留时间长等缺点。化学氧化法存在无选择和过度氧化的问题，将氨氮氧化成硝态氮或亚硝化氮，并没有真正从水体中去除氮源，导致总氮浓度仍然很高。因此寻求适度氧化技术，实现水中氨氮一步转化成氮气，才是未来研究的热点和难点。适度催化氧化氨氮技术是通过选择合适的催化剂，控制氧化剂的氧化程度，仅将水中的氨氮氧化成氮气，从而实现氨氮从水中以气体形式去除。常用方法如光催化技术具有处理成本低、转化为氮气选择性高；但是反应速率慢，设备成本高；对处理水质和pH要求高，一般要大于9以上。电化学方法具有氯自由基可直接氧化氨氮为氮气，但是需投加氯化钠为电解质，使用范围受限，且处理量有限。折点加氯的方法具有使用方便，处理效果好，有较好的选择性(N2)，但是处理试剂成本高，适用pH范围小，且折点可控操作要求高。臭氧催化氧化法具有氧化性强，适用范围广，可选择具有高选择性的催化剂实现氨氮大部分向氮气的转化。并通过强化催化剂的处理效果，机械和化学稳定性，有望在实际工程中进行应用。近些年，臭氧催化氧化去除氨氮的催化剂的研究多为单金属氧化物、双金属氧化物以及负载催化剂。据调查，有些金属氧化物(如MgO)在臭氧的作用下能有很高的氨氮去除率，但是去除的氨氮大部分都转化为硝态氮；而有些金属氧化物(如Co3O4)虽然能将去掉的氨氮大部分转化为氮气，但是氨氮去除效率却很低，反应1-2h氨氮去除率仅有20-30％。另外，稀土元素Ce，由于具有典型的金属特征，可以失去电子表现出+3或+4价，在不同价态转换时伴随着电子得失，所以Ce作为催化剂具有很高的活性，而且稀土元素Ce能够提高催化剂的活性以及起到稳定晶体结构的作用从而提高催化剂的机械强度。但是氧化铈和铈/钴或铈/镁的双金属氧化物对臭氧催化去除氨氮的活性低，以及在掺杂铈后的钴、镁和铈的三金属氧化物较钴/镁双金属氧化物相比催化活性却大大降低。而且将钴、镁和铈任意两种金属氧化物负载在载体活性炭上得到的双金属复合氧化物改性活性炭，对于适度催化氧化氨氮的效率都不高，大多数仍是过度氧化成硝态氮。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，既能实现高效去除氨氮，也能将大部分去除的氨氮转化为氮气的催化剂。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，其特征在于，制备步骤如下：步骤(1)：催化剂载体的活化预处理：催化剂载体选用活性炭，活性炭用去离子水冲洗3遍，然后浸泡8至12h，过滤100～105℃干燥12小时；步骤(2)：将预处理后的活性炭投加到浓度为0.1～1mol/L的硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈的混合盐溶液，其中硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈摩尔比为4:1:0.1～2，搅拌2小时后静置6～8小时；步骤(3):搅拌步骤(2)中的混合盐溶液并同时缓慢滴加氨水至pH达到8～9，再经过30分钟老化后，过滤清洗3次并在100～105℃下烘干2～8小时，然后300～600℃煅烧3～5小时，得到复合三金属负载活性炭催化剂。在一较佳的实施例中，步骤(2)混合盐溶液是量取不同体积的浓度为1mol/L的硫酸镁溶液、1mol/L的硝酸钴溶液和1mol/L的硝酸铈溶液混合后制得。在一较佳的实施例中，活性炭的投加量为20g/L。在一较佳的实施例中，将复合三金属负载活性炭催化剂投加到氯化铵反应液中，通入50mg/L臭氧气体，在20～25℃温度下反应1～3小时，氯化铵反应液中氨氮浓度为20～50mg/L，初始pH值＝6～9。相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：(1)本专利技术提供一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，该催化剂可在中性条件下适度催化臭氧化，实现水中大部分氨氮适度氧化生成氮气，减少硝酸盐带来的二次污染，降低水体的总氮。(2)本专利技术催化剂载体为活性炭，活性炭与臭氧联用工艺成熟，利于该催化剂未来的实际应用。(3)本专利技术制备的催化剂适用于中性pH，可直接用于大部分自然水体和污水中氨氮的去除，不需要调整pH值。附图说明图1为本专利技术优选实施例中未负载活性炭的SEM图；图2为本专利技术优选实施例中复合三金属负载型催化剂的SEM图。具体实施方式下文结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。实施例1：一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，参考图1至2；制备步骤如下：步骤(1)：催化剂载体的活化预处理：催化剂载体选用粉末活性炭，粉末活性炭的投加量为20g/L；粉末活性炭用去离子水冲洗3遍，然后浸泡8至12h，过滤100～105℃干燥12小时；步骤(2)：将预处理后的粉末活性炭投加到浓度为0.1～1mol/L的硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈的混合盐溶液，其中硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈摩尔比为4:1:0.1～2，搅拌2小时后静置6～8小时；混合盐溶液是量取不同体积的浓度为1mol/L的硫酸镁溶液、1mol/L的硝酸钴溶液和1mol/L的硝酸铈溶液混合后制得；步骤(3):搅拌步骤(2)中的混合盐溶液并同时缓慢滴加氨水至pH达到8～9，再经过30分钟老化后，在过滤清洗3次后，在100～105℃下烘干2～8小时，然后300～600℃煅烧3～5小时，得到复合三金属负载活性炭催化剂。将复合三金属负载活性炭催化剂投加到氯化铵反应液中，通入50mg/L臭氧气体，在20～25℃温度下反应1～3小时，氯化铵反应液中氨氮浓度为20～50mg/L，初始pH值＝6～9。具体来说，在本实施案例中，在常温常压条件下，用氯化铵配置50mg/L的氯化铵反应液，取200mL配好的氯化铵反应液于反应器中，再投加0.2g实施例1得到的复合金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，其特征在于，制备步骤如下：/n步骤(1)：催化剂载体的活化预处理：催化剂载体选用活性炭，活性炭用去离子水冲洗3遍，然后浸泡8至12h，过滤100～105℃干燥12小时；/n步骤(2)：将预处理后的活性炭投加到浓度为0.1～1mol/L的硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈的混合盐溶液，其中硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈摩尔比为4:1:0.1～2，搅拌2小时后静置6～8小时；/n步骤(3):搅拌步骤(2)中的混合盐溶液并同时缓慢滴加氨水至pH达到8～9，再经过30分钟老化后，过滤清洗3次，并在100～105℃下烘干2～8小时，然后300～600℃煅烧3～5小时，得到复合三金属负载活性炭催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种适度催化臭氧化去除水中氨氮的金属负载催化剂制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
步骤(1)：催化剂载体的活化预处理：催化剂载体选用活性炭，活性炭用去离子水冲洗3遍，然后浸泡8至12h，过滤100～105℃干燥12小时；
步骤(2)：将预处理后的活性炭投加到浓度为0.1～1mol/L的硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈的混合盐溶液，其中硫酸镁、硝酸钴和硝酸铈摩尔比为4:1:0.1～2，搅拌2小时后静置6～8小时；
步骤(3):搅拌步骤(2)中的混合盐溶液并同时缓慢滴加氨水至pH达到8～9，再经过30分钟老化后，过滤清洗3次，并在100～105℃下烘干2～8小时，然后300～600℃煅烧3～5小时，得到复合三金属负载活性炭催化剂。
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【专利技术属性】
技术研发人员：苑宝玲，张志勇，付明来，胡奕博，艾慧颖，陈文昕，
申请(专利权)人：华侨大学，厦门斯邦泽环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35