一种玻璃纤维簇型催化剂及其制备、应用方法技术

本发明专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂及其制备、应用方法，属于水处理技术领域；本发明专利技术的玻璃纤维簇型催化剂包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻璃纤维上，活性组分为金属氧化物，所述玻璃纤维束单根直径为100～300微米，长度控制在30～50cm；本发明专利技术的玻璃纤维簇型催化剂在制备以及应用后，采用微米直径的玻璃纤维束为基础载体，形成簇型状态后具有大的比表面，有利于活性组分的负载，且在水中能够形成自然摆动，从而促进催化剂‑臭氧‑有机污染物三者间的接触，有利于提高催化效率。另外，玻璃纤维为市场化的产品，来源广泛，价格低廉，制备的催化剂成本可控。

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维簇型催化剂及其制备、应用方法
本专利技术涉及水处理
，更具体的，涉及一种玻璃纤维簇型催化剂及其制备、应用方法。
技术介绍
臭氧催化氧化是高级氧化技术之一，具有催化效率高，无二次污染等优点，同时能够起到杀菌，除臭，去色等效果，是一种具有广泛应用前景的深度处理技术。臭氧催化氧化是利用催化剂与臭氧作用产生强氧化性的羟基自由基(·OH)氧化降解水中的有机污染物，从而实现对污染水体的净化作用。目前，常用的臭氧催化剂是以氧化铝、活性炭等比表面积较大的多孔材料作为载体，负载铁、锰、铜、铈、钴、钛等金属的氧化物为活性组分制备而成。常用圆球形颗粒催化剂和条形柱状催化剂，该形态的催化剂制备工艺较为成熟，但是成型后有效比表面积有限，颗粒堆积会造成部分活性位点的覆盖，降低催化效率。并且，催化剂的堆积容易造成短流，形成水流和气流的空区，催化剂的利用率低。由于水中有机物和无机盐的共同作用，长时间的水流冲刷会在催化剂颗粒表面和孔隙间逐渐堆积结垢，进一步增加水头损失，不利于催化剂的长期使用。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的是针对现有技术中催化剂有效比表面偏低，堆积密实造成的短流，催化活性位减少以及易结垢问题；提供一种玻璃纤维簇型催化剂及其制备、应用方法；通过制备玻璃纤维簇型的催化剂，有效提高催化剂催化效率。技术方案本专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂，包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻璃纤维上，活性组分为金属氧化物，所述玻璃纤维束单根直径为100～300微米，长度控制在30～50cm。玻璃纤维簇型状态类似于“鸡毛掸”，其簇状纤维向四周延展，且充分分散，可在水中提供巨大的有效接触面，相比于常规的颗粒催化剂其玻璃纤维簇之间有更多地空间能够实现臭氧与水及玻璃纤维的充分接触，从而提高催化效率，臭氧的利用率高；并且100～300微米直径的玻璃纤维束具有较高的韧性，可避免断丝，直径过高，虽然强度更大，但比表面积会减小，长度控制在30～50cm可方便制成玻璃纤维簇，且不易相互缠绕打结。优选地，所述负载的活性组分为含有铁、锰、铜、铈、钴、镍和钛等金属的氧化物的一种或多种组合，且是以含有上述金属组分的金属盐为前驱物，通过浸渍或沉积负载于载体上，焙烧获得金属氧化物活性组分，所述金属盐为硝酸盐、硫酸盐或草酸盐中的任意一种。优选地，金属氧化物活性组分的负载量为玻璃纤维载体质量的4～12％；且玻璃纤维束为合股纱；其线密度为1500～3000tex。本专利技术一种玻璃纤维簇型催化剂的制备方法，将含有活性组分金属的饱和盐溶液通过浸渍法或沉淀法负载到玻璃纤维载体上，经加热制备得到含有活性组分的玻璃纤维簇型催化剂。优选地，具体步骤为：步骤一，将玻璃纤维束分拣后，采用耐高温玻璃纤维绳系扣固定于玻璃纤维束的中间，得到玻璃纤维簇；步骤二，将玻璃纤维簇浸泡于清水中，加入洗涤剂去除表面保护性油脂，冲洗干燥，得到干净的玻璃纤维簇；步骤三，配制强酸溶液，将洗净的玻璃纤维簇浸泡在配制的酸溶液中，洗涤，干燥，得到预处理玻璃纤维簇；步骤四，配制含有活性组分金属的饱和盐溶液，将预处理的玻璃纤维簇浸泡在饱和盐溶液中，水浴加热直至溶剂完全蒸发；步骤五，将负载了活性金属盐的玻璃纤维簇置于马弗炉内焙烧，洗涤去除多余表面微粉，干燥得到成品玻璃纤维簇型催化剂。优选地，步骤一中使用的玻璃纤维簇的圆周直径为10～30cm，可选择自然堆积在催化反应器内，或悬挂方式吊装于反应器中。优选地，步骤二中强酸溶液为氢氟酸，盐酸，硝酸和硫酸中的任意一种，浓度为0.5～1mol/L，浸泡时间为1～10min。此时需要对时间进行控制，因为玻璃纤维直径较细，使用酸溶液处理时要注意适度，纤维表面酸腐蚀造孔，处理时间过短，造孔数量少，不利于形成负载位点，造孔数量多会导致玻璃纤维强度下降，甚至直接断丝。且玻璃纤维是采用熔融的二氧化硅拉丝生产而成，微观尺寸看表面就像玻璃一样光滑，所以想要负载活性组分制备催化剂，需要用酸溶液对玻璃纤维表面进行处理，利用酸腐蚀一部分二氧化硅，产生粗糙的表面形态及孔道，这样就形成了活性组分负载的位点。优选地，步骤三中干燥温度为100～150℃，步骤四中水浴加热的温度为50～75℃，步骤五中焙烧温度为400～600℃，升温速率为1～5℃/min，保温时间为2～8h。本专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂的应用方法，将制备的玻璃纤维簇型催化剂加入到反应器内，由反应器底部通过曝气投加臭氧，并进水污水，催化剂-臭氧-水中有机物三者接触发生催化反应，有机物得到氧化降解；催化剂采用自然填装堆积方式，或采用悬挂吊装方式装填。优选地，催化剂的填充率为10～50％，臭氧浓度为5～100mg/L，气体流量为0.2～2L/min，反应时间为10～120min。技术效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的本专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂，包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻璃纤维上，活性组分为金属氧化物，所述玻璃纤维束单根直径为100～300微米，长度控制在30～50cm；采用微米直径的玻璃纤维束为基础载体，形成簇型状态后具有大的比表面，有利于活性组分的负载，且在水中能够形成自然摆动，从而促进催化剂-臭氧-有机污染物三者间的接触，有利于提高催化效率。另外，玻璃纤维为市场化的产品，来源广泛，价格低廉，制备的催化剂成本可控。(2)本专利技术一种玻璃纤维簇型催化剂的制备方法，将含有活性组分金属的饱和盐溶液通过浸渍法或沉淀法负载到玻璃纤维载体上，经加热制备得到含有活性组分的玻璃纤维簇型催化剂，且将其在强酸中进行预处理，由于玻璃纤维中主要含有SiO2、Al2O3和CaO等成分，玻璃纤维的表面经过酸的腐蚀作用，产生大小不一的孔道结构，形成巨大的比表面和孔容，进一步提高了活性组分的负载率和牢固度，有利于提高催化剂的催化性能和使用寿命。(3)本专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂的应用方法，将制备的玻璃纤维簇型催化剂加入到反应器内，由反应器底部通过曝气投加臭氧，并进水污水，催化剂-臭氧-水中有机物三者接触发生催化反应，有机物得到氧化降解；催化剂采用自然填装堆积方式，或采用悬挂吊装方式装填；可在簇与簇之间用耐腐蚀的高硅玻璃纤维绳相连，在使用初期装填和后期维护取出具有操作便捷性。并且，当玻璃纤维簇型催化剂表面的活性组分随着时间逐渐流失后，亦可以直接取出进行活性组分的再负载，重复利用，有效降低成本。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；而且，各个实施例之间不是相对独立的，根据需要可以相互组合，从而达到更优的效果。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的一种玻璃纤维簇型催化剂，包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃纤维簇型催化剂，其特征在于，包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻璃纤维上，活性组分为金属氧化物，所述玻璃纤维束由2000～5000根单根玻璃纤维集束拧成；单根玻璃纤维直径为100～300微米，长度控制在30～50cm。/n

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维簇型催化剂，其特征在于，包括玻璃纤维和活性组分，所述活性组分负载于玻璃纤维上，活性组分为金属氧化物，所述玻璃纤维束由2000～5000根单根玻璃纤维集束拧成；单根玻璃纤维直径为100～300微米，长度控制在30～50cm。


2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维簇型催化剂，其特征在于，所述负载的活性组分为含有铁、锰、铜、铈、钴、镍和钛等金属的氧化物的一种或多种组合，且是以含有上述金属组分的金属盐为前驱物，通过浸渍或沉积负载于载体上，焙烧获得金属氧化物活性组分，所述金属盐为硝酸盐、硫酸盐或草酸盐中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维簇型催化剂，其特征在于，金属氧化物活性组分的负载量为玻璃纤维载体质量的4～12％；且玻璃纤维束为合股纱；其线密度为1500～3000tex。


4.一种玻璃纤维簇型催化剂的制备方法，其特征在于，将含有活性组分金属的饱和盐溶液通过浸渍法或沉淀法负载到玻璃纤维载体上，经加热制备得到含有活性组分的玻璃纤维簇型催化剂。


5.根据权利要求4所述的一种玻璃纤维簇型催化剂的制备方法，其特征在于，
具体步骤为：
步骤一，将玻璃纤维束分拣后，采用耐高温玻璃纤维绳系扣固定于玻璃纤维束的中间，得到玻璃纤维簇；
步骤二，将玻璃纤维簇浸泡于清水中，加入洗涤剂去除表面保护性油脂，冲洗干燥，得到干净的玻璃纤维簇；
步骤三，配制强酸溶液，将洗净的玻璃纤维簇浸泡在配制的酸溶液中，洗涤，干燥，得到预处理玻璃纤维簇；
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：于豹，孙琦，王冠平，石伟，刘晓静，于华芹，丁雅君，
申请(专利权)人：光大水务科技发展南京有限公司，光大水务深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32