一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂、其制备方法、陶瓷膜催化反应器及废水处理工艺技术

本发明专利技术提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；所述催化剂为金属和/或金属氧化物。本发明专利技术将臭氧气体通过气液之间的陶瓷膜壁进入废水中，陶瓷膜壁具有发达的微孔结构，在臭氧气体通过陶瓷膜壁时，被分散成微小的气泡进入相邻通道中的待处理废水体系中，起到了微孔分散臭氧的作用，可以大幅度提高待处理废水中臭氧的溶解度，提高臭氧的利用率。本发明专利技术还提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的制备方法、陶瓷膜催化反应器和废水处理工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂、其制备方法、陶瓷膜催化反应器及废水处理工艺
本专利技术属于废水处理
，尤其涉及一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂、其制备方法、陶瓷膜催化反应器及废水处理工艺。
技术介绍
臭氧氧化法处理速度快，氧化能力强，不产生二次污染，操作方便，应用广泛，尤其在杀菌消毒方面具有显著效果。尽管臭氧氧化法有诸多优点，但在目前条件下，单独使用臭氧氧化技术处理废水仍存在一些问题：一方面，臭氧与有机物的反应选择性较强，在低剂量和短时间内，臭氧不可能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧进一步氧化，另外，臭氧的利用率偏低。因此，为了提高臭氧氧化能力和利用率，臭氧催化氧化技术得到了快速的发展。臭氧催化氧化技术是通过生成羟基自由基(·OH)等强氧化性自由基来氧化分解水中有机物，羟基自由基(·OH)的氧化能力极强，且氧化反应无选择性，可快速氧化分解绝大多数包括高稳定性、难降解、难生化的有机化合物。依据催化形态的不同，催化臭氧氧化又分为均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化。均相催化臭氧氧化是将金属离子直接加入废水中，容易导致催化剂流失和二次污染，该技术具有一定的局限性。非均相催化臭氧氧化采用金属氧化物或负载在载体上的金属或金属氧化物作为催化剂的催化臭氧氧化技术。此技术不但可以提高臭氧的氧化效率，增加有机物的去除效率，同时催化剂方便回收、可重复利用，使用寿命高，是一种非常有应用前景的水处理应用新技术。目前现有研究针对臭氧催化领域的大多为单一的金属氧化物，且其主要以氧化铝球、活性炭、陶粒等为载体。在实际应用中，由于不同的金属氧化物对不同的目标物的活性不同，致使负载单一金属氧化物的适用范围较窄；且对于现有的以氧化铝球、活性炭、陶粒等为载体的催化剂，反应物主要依靠扩散作用与催化剂的活性位点接触，这就造成了催化剂表面的活性位点利用率较高，而催化剂内部的活性位点利用率很低。目前现有研究制备得到的催化剂主要以氧化铝球、活性炭、陶粒等为载体，负载一种或多种过渡金属氧化物，使用过程中与曝气装置(如曝气盘、曝气带等)联合使用。在实际应用中，对于现有的以氧化铝球、活性炭、陶粒等为载体的催化剂，反应物主要依靠扩散作用与催化剂的活性位点接触，这就造成了催化剂表面的活性位点利用率较高，而催化剂内部的活性位点利用率很低。且在曝气过程中，传统曝气方法存在着曝气不均匀，气泡平均直径大，臭氧传递效率低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂、其制备方法及废水处理工艺，本专利技术中的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂能够高效产生微纳米气泡，负载催化剂可以催化臭氧氧化，具有臭氧和催化剂利用率高、结构简单、实用性强的特点。本专利技术提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；所述催化剂为金属和/或金属氧化物。优选的，所述催化剂中的金属为铁、锰、锌、铜、镍、钴、钌、铑和镧中的一种或几种；所述催化剂的负载量为20～200g/m2。优选的，所述废水通道的孔径为0.01～10μm；所述臭氧气体通道的孔径为0.01～10μm。优选的，所述臭氧气体通道两端密封，侧壁设置有臭氧进口。优选的，所述相邻的废水通道和臭氧通道之间由单层陶瓷膜分隔。如上文所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的制备方法，包括以下步骤：将膜孔径为0.01～10μm且具有孔道结构的陶瓷膜在金属盐溶液中浸渍和沉化，取出后烘干，在空气气氛下，300～1000℃下焙烧1～10小时，得到臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂；所述金属盐溶液为铁、锰、锌、铜、镍、钴、钌、铑和镧中的一种或几种的盐溶液。优选的，所述金属盐溶液的浓度为0.1～1.5mol/L。本专利技术提供一种陶瓷膜催化反应器，包括密封壳体和设置在密封壳体内部的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂；所述臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂为上文所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂；所述壳体的底部设置有进水口，与所述臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的废水进口相连通；所述壳体的顶部设置有气液混合物出口，与所述臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的废水出口相连通；所述壳体的侧壁设置有进气口，通过布气通道与所述臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的臭氧进口相连通。本专利技术提供一种废水处理工艺，包括以下步骤：在上文所述的陶瓷膜催化反应器的进水口中通入废水，进气口中通入臭氧，对废水进行处理。优选的，所述废水的流速为0.5～3L/min，所述臭氧的压力为0.2～0.7MPa；所述臭氧的投加量为3～30mg/min。本专利技术提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；所述催化剂为金属和/或金属氧化物。本专利技术将臭氧气体通过气液之间的陶瓷膜壁进入废水中，由于陶瓷膜壁具有发达的微孔结构，在臭氧气体通过陶瓷膜壁时，被分散成微小的气泡进入相邻通道中的待处理废水体系中，起到了微孔分散臭氧的作用，可以大幅度提高待处理废水中臭氧的溶解度，提高臭氧的利用率；溶解有臭氧的废水在负载催化剂的通道内流动，与通道内壁上的催化剂反应，可以生成大量氧化性更强的羟基自由基，羟基自由基与废水中的有机污染物可以迅速反应，从而使有机污染物降解；显著提高了臭氧的氧化效率；另外，由于陶瓷膜壁大量的均匀的微孔，包含大量羟基自由基的臭氧气体以极微小的气泡曝入废水通道中，显著增大了离孔道壁较远处废水中有机污染物与羟基自由基的接触机会；而且废水以直流的方式流过陶瓷膜通道，使所有流过陶瓷膜通道的废水始终处于流动状态，且由于陶瓷膜通道壁始终有气体曝出，显著减少了废水与陶瓷膜通道壁接触处的层流厚度，从而可大大减少膜污染问题的产生。提高气体与催化剂的利用率并能够有效降低液体加压和气体压缩的能耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术中陶瓷膜催化反应器的结构示意图；其中，1为进水口，2为进气口，3为气液混合物出口，4为密封管壳，5为臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，6为密封壳头，7为胶封气道端口，8为密封垫，9为布气通道，10为胶封；图2为本专利技术臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的结构示意图；其中，A是原水箱，B是原水泵，C是陶瓷膜催化反应器，D是净水箱，E是臭氧发生器，F是制氧机；图3为本专利技术废水处理装置的结构示意图；其中，5-1为废水通道，5-2为臭氧气体通道，5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；/n所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；/n所述催化剂为金属和/或金属氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；
所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；
所述催化剂为金属和/或金属氧化物。


2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，其特征在于，所述催化剂中的金属为铁、锰、锌、铜、镍、钴、钌、铑和镧中的一种或几种；
所述催化剂的负载量为20～200g/m2。


3.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，其特征在于，所述废水通道的孔径为0.01～10μm；所述臭氧气体通道的孔径为0.01～10μm。


4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，其特征在于，所述臭氧气体通道两端密封，侧壁设置有臭氧进口。


5.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，其特征在于，所述相邻的废水通道和臭氧通道之间由单层陶瓷膜分隔。


6.如权利要求1～5任意一项所述的臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将膜孔径为0.01～10μm且具有孔道结构的陶瓷膜在金属盐溶液中浸渍和...

【专利技术属性】
技术研发人员：田振邦，段文杰，贾俊俊，赵亮，黄做华，黄伟庆，陈继红，
申请(专利权)人：河南省科学院化学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41