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用于催化湿式 氧化过程的新型催化剂及其载体

阅读：959发布：2024-02-23

专利汇可以提供用于催化湿式氧化过程的新型催化剂及其载体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于催化湿式氧化过程的催化剂及其载体属于水处理技术领域。本发明公开了一种比表面积大、催化活性好、稳定性高的催化剂，其以纳米碳为载体，以过渡金属元素的一种或多种成分为活性组分。由于该催化剂的易于量产、有效降低湿式氧化在处理废水中的苛刻条件等特性，有利于催化湿式氧化在废水处理中的应用与推广。，下面是用于催化湿式氧化过程的新型催化剂及其载体专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于催化湿式氧化过程的催化剂，所述催化剂包括活性组分和载体，其特征在于，所述活性组分由过渡金属元素中的一种或多种组成，所述载体为纳米碳，所述催化剂的制备方法包括：
（1）取易溶于水的过渡金属盐配置金属元素摩尔体积为0.16～0.7mol/L水溶性化合物的水溶液；
（2）将得到的水溶液以20～25ml/min的速率逐滴加入1.3～3.1L的10～25wt.%氨水中生成胶体；
（3）将胶体在纳米碳载体上进行高温老化，老化温度为130～200℃，老化时间为13～
20h；
（4）胶体老化后真空洗涤并放置干燥5～6h，随后煅烧制得催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，所述过渡金属包括贵金属和稀土金属。
3.根据权利要求2所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，所述的贵金属包括金、银和铂族金属。
4.根据权利要求1所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，所述载体为纳米碳。
5.根据权利要求1或4所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，所述纳米碳为纳米碳管或石墨烯。
6.根据权利要求5所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，所述纳米碳采用改性石墨烯制成。
7.根据权利要求1所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，步骤（4）中所述干燥温度为30～100℃。
8.根据权利要求1所述的用于催化湿式氧化过程的催化剂，其特征在于，步骤（4）中所述煅烧温度为1000～1100℃，煅烧时间为5～6h。

说明书全文

用于催化湿式氧化过程的新型催化剂及其载体

技术领域

[0001] 本发明属于水处理技术领域，涉及用于污水处理过程中的催化剂及其载体，具体涉及用于催化湿式氧化过程的新型催化剂及其载体。

背景技术

[0002] 目前处理工业废水的方法较多，最常用的是生物法、焚烧法、吸附法和湿式氧化法。生物法成本低、效率高、稳定性好，但当废水中有机物浓度高、含盐高时抑制了细菌的降解效率，导致生物法无法满足处理废水的需求。焚烧法是将有机废水通入400-600℃的汽化室，在高温下蒸发水汽，氧化降解有机物，残留无机盐，但是当有机物浓度不够时，需要将废水浓缩才能通入汽化室。吸附法可以利用吸附材料吸附有机物，剩余有机盐和水，残留废水再采用蒸发冷凝结晶等方法析出无机盐，但其对高浓度有机物的废水吸附材料需求很大，成本高，在解析时，有机物成分复杂而无法二次利用价值，会造成二次污染，未能根本上消除废水中COD值。膜分离法，利用膜的孔径大小可以对废水中各种成分进行完全的分离，已经成熟的运用到工业废水处理及海水淡化等项目。陶瓷膜耐强度性能很好，但是无机膜制作成本较高，对于成分复杂的工业废水，容易造成膜污染，进而造成膜孔堵塞，陶瓷膜清洗工艺比较比较麻烦。

[0003] 湿式氧化法在高温高压的条件下，以空气或氧气作为氧化剂来降解有机物，终端产物为二氧化碳、水和无机盐，操作简单，无二次污染，但由于其高温高压而导致可操作性危险性大，而且无机盐在高温高压下对不锈钢材质也会有很强的腐蚀性，所以对设备要求高，在首次投入时设备成本较高，对于部分杂环类有机物也存在效率低等问题。催化湿式氧化是在湿式氧化的基础上添加催化剂，可以降低反应条件的苛刻性，降低反应所需的温度和压力，从而减轻设备的压力，使设备的寿命增加；此外催化湿式氧化具有高效率、工艺简单、设备占地面积小等特点。

[0004] CN105268425A公开了一种改性活性炭催化剂及其制备和应用，该催化剂以活性炭为载体，低温负载稀土金属La、Ce、Pr和Nd以提高其活性，制备出一种具有较大比表面积、高活性、高稳定性的活性炭基催化剂。我司进行一系列试验验证，研究出用于催化湿式氧化过程的新型催化剂，该催化剂具有高的活性和稳定性，可显著降解废水中有机物，处理过程简便，适合于工业化应用。

[0005]

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种用于催化湿式氧化过程能显著降解废水中有机物的催化剂，以降低湿式氧化反应的操作条件，并提高有机物的氧化速率，从而促进催化湿式氧化技术的广泛应用。

[0007] 用于催化湿式氧化过程的催化剂，催化剂包括活性组分和载体，活性组分由过渡金属元素中的一种或多种组成，载体为纳米碳。

[0008] 该催化剂的制备方法包括：（1）取易溶于水的过渡金属盐配置金属元素摩尔体积为0.16～0.7mol/L水溶性化合物的水溶液；
（2）将得到的水溶液以20～25ml/min的速率逐滴加入1.3～3.1L的10～25wt.%氨水中生成胶体；
（3）将胶体在纳米碳载体上进行高温老化，老化温度为130～200℃，老化时间为13～
20h；
（4）胶体老化后真空洗涤并干燥5～6h，随后煅烧制得催化剂。

[0009] 进一步地，所述过渡金属包括贵金属和稀土金属。

[0010] 更进一步地，所述的贵金属包括金、银和铂族金属。

[0011] 进一步地，所述载体为纳米碳。纳米碳本身耐酸碱、具有孔道结构且通过燃烧等容易回收贵金属而其本身转化为二氧化碳和水蒸气，对环境影响较小；纳米碳具有较强的吸附作用，用于催化剂中可增加吸附的活性位增加吸附量；纳米碳具有高强度、韧性和弹性模量，远远优于其他的载体，其结构非常稳定；此外纳米碳的耐磨抗损性也是作为载体的另一优势。

[0012] 更进一步地，所述纳米碳为纳米碳管或石墨烯。

[0013] 更进一步地，所述纳米碳采用改性石墨烯制成。

[0014] 进一步地，步骤（4）中所述干燥温度为30～100℃；所述煅烧温度为1000～1100℃，煅烧时间为5～6h。

[0015] 本发明的催化湿式氧化催化剂具有以下有益效果：（1）以纳米碳为载体的催化剂活性好，催化效率高，
（2）载体纳米碳具有助催化剂作用，提高活性组分过渡金属元素的催化效率；
（3）该催化剂在催化湿式氧化反应过程中较为稳定，具有超强的稳定性；
（4）纳米碳作为催化剂载体材料其密度小且增大了催化剂的比表面积，在相同体积的催化剂作用下能催化更多的有机物；
（5）由于该催化剂较大的比表面积，活性组分过渡金属元素在其上具有好的分散性；
（6）该催化剂的制备较为容易，易于量产；
（7）将催化剂运用于催化湿式氧化过程中，以降低湿式氧化反应过程中苛刻的温度、压力条件，使得整个湿式氧化过程更为安全可靠，有利于催化湿式氧化在废水处理中的应用与推广。

具体实施方式

[0016] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

[0017] 实施例1用于催化湿式氧化过程的催化剂，该催化剂活性组分由金和银两种金属元素构成，载体为纳米碳管。制备该催化剂过程如下：
（1）取易溶于水的金盐和银盐分别配置金属元素摩尔体积为0.08mol/L水溶性化合物的水溶液；
（2）将得到的水溶液混合并以20ml/min的速率逐滴加入1.3L的25wt.%氨水中生成胶体；
（3）将胶体在纳米碳管载体上进行高温老化，老化温度为130℃，老化时间为20h；
（4）胶体老化后真空洗涤后依次干燥煅烧制得催化剂，干燥温度控制在30～100℃、干燥时间为5h,煅烧条件为：温度1000～1100℃、煅烧时间5h。

[0018] 通过该法制得的金和银催化剂活性好、催化效率高、具有超强的稳定性和较大的比表面积，具有更好的分散性。

[0019] 实施例2用于催化湿式氧化过程的催化剂，该催化剂活性组分由铂元素构成，载体为石墨烯。制备该催化剂过程如下：
（1）取易溶于水的铂盐配置含铂元素摩尔体积为0.5mol/L水溶性化合物的铂水溶液；
（2）将得到的铂水溶液以25ml/min的速率逐滴加入3.1L的10wt.%氨水中生成胶体；
（3）将胶体在石墨烯载体上进行高温老化，老化温度为200℃，老化时间为13h；
（4）胶体老化后真空洗涤后依次干燥煅烧制得催化剂，干燥温度控制在30～100℃、干燥时间为6h,煅烧条件为：温度1000～1100℃、煅烧时间6h。

[0020] 通过该法制得的铂催化剂活性好、催化效率高、具有超强的稳定性和较大的比表面积，具有更好的分散性。

[0021] 实施例3用于催化湿式氧化过程的催化剂，该催化剂活性组分由金、银和铂元素构成，载体为纳米碳管。制备该催化剂过程如下：
（1）取易溶于水的金盐配置含金元素摩尔体积为0.23mol/L水溶性化合物的金水溶液，取易溶于水的银盐配置含银元素摩尔体积为0.23mol/L水溶性化合物的银水溶液，取易溶于水的铂盐配置含铂元素摩尔体积为0.23mol/L水溶性化合物的铂水溶液，将得到的三种溶液混合得到混合液；
（2）将得到的金、银和铂混合水溶液以22ml/min的速率逐滴加入2.3L的18wt.%氨水中生成胶体；
（3）将胶体在纳米碳管载体上进行高温老化，老化温度为180℃，老化时间为18h；
（4）胶体老化后真空洗涤后依次干燥煅烧制得催化剂，干燥温度控制在30～100℃、干燥时间为5h,煅烧条件为：温度1000～1100℃、煅烧时间6h。

[0022] 通过该法制得的金、银和铂催化剂活性好、催化效率高、具有超强的稳定性和较大的比表面积，具有更好的分散性。

[0023] 以上所述仅仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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