专利名称：一种赤泥基多相催化臭氧氧化除污染技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术。
背景技术：
近年来，随着化工合成产品在人们日常生活及工农业生产中的大量应用，水环境中难降解有机污染物和新型污染物的种类、含量明显增加。日趋复杂的水污染状况，给我国水质安全保障技术提出了新的挑战。由于常规给水处理和污水处理工艺是以去除水中悬浮及胶体污染物为主，对有机污染物，特别是对难降解有机污染物的去除能力十分有限，甚至无能为力。因此，必须借助深度处理技术来进一步保障水质安全。其中，臭氧多相催化氧化技术没有向工艺中引入其它能量和有毒有害的化学药剂，催化剂可一次性填装于反应器内，操作简单、便于在实际的水处理工艺中应用。但目前所采用的催化剂普遍存在催化效率低、成本高、且具有一定的选择性，难以满足实际需求。因此，迫切需要开发和制备经济、高效的催化剂，应用于臭氧多相催化氧化技术之中，以解决饮用水中低浓度的难降解有机污染物的去除问题。赤泥(Red Mud)作为氧化铝生产过程中产生的强碱性废渣，含有大量的铁、铝、钛、 钙等金属氧化物，其主要矿物成分包括赤铁矿(a-Fe2O3)、针铁矿(a-FeOOH)、三水硬铝石 (Al2O3 · 3Η20)和石英(SiO2)等。这些矿物组分不仅是制备高性能水处理混凝剂和吸附剂的基本原料，而且是多种常规多相催化臭氧氧化催化剂的复合体。由于我国对原铝的需求量越来越大，赤泥的产生量呈现逐年增加的态势。鉴于此，采用适度的改性处理，改变赤泥比表面积和表面孔隙度的分布，为赤泥在臭氧多相催化过程中提供可能的活性位点，可以显著提高赤泥在臭氧多相催化氧化水中难降解有机污染物中的催化活性。
发明内容
本发明旨在提供一种新型的多相催化臭氧水深度处理技术及其催化剂制备方法， 该催化剂可以显著强化臭氧和有机污染物在催化剂表面的吸附，实现吸附作用和氧化降解的耦合作用，最终实现难降解有机污染物的强化去除。与其它多相臭氧催化水处理技术相比较，本发明可显著提高臭氧多相催化水处理技术的除污染效能，同时大大降低了催化剂的原料成本和制备成本，并且资源化利用了制备氧化铝过程中所产生的废渣-赤泥，提出了一条“以废治废、变废为宝”的水处理新途径。本发明提供的赤泥基催化剂多相催化臭氧水深度处理技术，其特征在于(一)开发了一种可用于多相催化臭氧氧化除污染技术的赤泥基催化剂，该催化剂是以粉末状赤泥为制备原料，采用硫酸中和的方法一次制备而成，经过搅拌、老化、烘干、过筛研磨等步骤制得赤泥基催化剂，按以下步骤实现(1)配制硫酸溶液，浓度水平在0. 5mol/L,并于室温存放；(2)将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次，去除赤泥原矿表面的灰分，于70°C的温度下烘干；(3)将清洗后的赤泥盛于烧杯中，并加入蒸馏水，形成浓度约为10g/L的悬浊液，
3在磁力搅拌器的搅动下，逐滴缓慢滴加上述酸性溶液，并用PH计监测溶液pH值，以pH为 6(士0. 2)为滴定终点，并保持搅动持续12h，然后室温老化24h;倾倒掉上清液，剩余悬浊液在70°C下干燥12小时，得干燥粉末；(4)将干燥粉末研磨至细颗粒，过筛(0. 15mm
0.30mm)得到赤泥基催化剂。本发明提供的赤泥基催化剂多相催化臭氧水深度处理技术，其特征在于(二)可用于降解水中难降解有机污染物的赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术。该技术按以下步骤实现(1)工艺所需臭氧浓度为1. 0-3. Omg/L ； (2)工艺所需赤泥基催化剂投量为 250-1500mg/L ； (3)待处理水体中难降解有机污染物浓度为1. Omg/L水平；(4)待处理水体 pH 范围为 6. 0-8.0。本发明中的赤泥基催化剂是以赤泥表面的三水铝石和石英等为关键活性组分，赤泥基催化剂高效吸附臭氧分子和污染物于其表面，实现吸附作用和氧化反应的界面耦合， 实现对污染物的强化去除。赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术可以大幅度提高臭氧的利用效率，且催化剂制备简便，自身稳定性高，不产生二次污染，是一种高效的水深度处理技术。附图内容
图1是具体实施方式
一得到的赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术对水体难降解有机物硝基苯的去除效能图，其中·表示单独臭氧氧化技术对硝基苯的去除效能， 表示赤泥原矿多相催化臭氧氧化技术对硝基苯的去除效能，□表示赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化技术对硝基苯的去除效能。从图中可以看出，赤泥基催化剂催化臭氧氧化除污染技术较单独臭氧氧化技术和赤泥原矿催化臭氧氧化除污染技术对硝基苯的去除效果高，且有着显著的提高，实现了对水体中难降解有机污染物的强化去除。
具体实施例方式将这种新型的多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术中催化剂制备方法及其在水处理技术中的应用进行说明，本发明技术方案不局限于以下所例举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式赤泥基多相催化臭氧氧化除污染水深度处理技术催化剂的制备方法为(1)配制硫酸溶液，浓度水平在0. 5mol/L，并于室温存放；(2)将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除赤泥原矿表面的灰分，于70°C的温度下烘干；(3)将清洗后的赤泥盛于烧杯中，并加入蒸馏水，形成浓度约为10g/L的悬浊液，在磁力搅拌器的搅动下，逐滴缓慢滴加上述酸性溶液，并用PH计监测溶液pH值，以pH为6(士0. 2)为滴定终点，并保持搅动持续12h，然后室温老化24h ；倾倒掉上清液，剩余悬浊液在70°C下干燥12 小时，得干燥粉末；(4)将干燥粉末研磨至细颗粒，过筛(0. 15mm 0. 30mm)得到赤泥基催化剂。本实施方式催化臭氧氧化水处理方法受污染水体先进行混凝_沉淀预处理后， 再进行赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化处理，然后经后处理出水。多相催化臭氧氧化除污染按照以下步骤实现(1)工艺所需臭氧浓度为
1.0-3. Omg/L ；⑵工艺所需赤泥基催化剂投量为250-1500mg/L ； (3)待处理水体中难降解有机污染物浓度为1. Omg/L水平；(4)待处理水体pH范围为6. 0-8. 0。
本实施方式所使用的赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化反应系统与水厂现有臭氧氧化系统完全相同，受污染水体预处理和后处理工艺完全采用现有工艺，无须水处理设备。 本实施方式催化臭氧氧化反应器可为间歇式反应器，也可为连续式反应器或多级联用反应系统。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是催化剂的制备步骤中 (1)硫酸溶液，浓度水平在0. 5mol/L可为硝酸溶液，浓度水平在1. Omol/L。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是催化剂的制备步骤中
(1)硫酸溶液，浓度水平在0.5mol/L可为盐酸溶液，浓度水平在在1. Omol/L。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是催化剂的制备步骤中
(2)中赤泥原矿为块状形态。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是催化剂的制备步骤中 (2)中赤泥原矿为粉末形态。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。本实施方式得到的赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术是一种高效的水深度处理技术，对水中存在的难降解有机污染物硝基苯具有较高的去除效果。从图1中可以发现应用赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术对硝基苯的去除率达到95%以上， 较单独臭氧氧化技术提高45. 8个百分点，较赤泥原矿多相催化臭氧氧化技术提高36. 4个百分点。
权利要求
1.一种可用于水处理深度处理的赤泥基催化剂多相催化臭氧氧化除污染技术，其特征在于赤泥基催化剂可以高效吸附臭氧分子和目标污染物(硝基苯)与其表面，实现氧化剂和污染物的耦合作用，完成对难降解有机污染物的强化去除，显著改善水质，保障水质安全。
2.根据权利要求1所述的赤泥基催化剂为以铝工业废物——赤泥为主要制备原料，通过酸改性处理、老化、烘干和研磨过筛等工序制备出赤泥催化剂。
3.根据权利要求1所述赤泥基催化剂，与原矿赤泥相比，赤泥基催化剂比表面积较大， 以三水铝石和石英为主要矿物成分。
4.根据权利要求1所述赤泥基催化剂其表面结构特征在于，赤泥基催化剂比表面积为 16. 00 16. 20m2/g，总孔容为 0. 2 0. 4ml/g，平均孔径为 260. 39 264. 39nm。
5.根据权利要求1所述赤泥基催化剂其主要矿物成分为三水铝石和石英，其质量百分数含量分别为43%和24%。
6.根据权利要求1所述的赤泥基催化剂，其特征在于所说的制备方法通过以下几个步骤可以实现(1)配制硫酸溶液，浓度水平在0.5mol/L,并于室温存放；(2)将适量赤泥原矿用蒸馏水连续清洗5次后，去除赤泥原矿表面的灰分，于70°C的温度下烘干；(3)将清洗后的赤泥盛于烧杯中，并加入蒸馏水，形成浓度约为10g/L的悬浊液，在磁力搅拌器的搅动下，逐滴缓慢滴加上述酸性溶液，并用PH计监测溶液pH值，以pH为 6( 士 0. 2)为滴定终点，并保持搅动持续12h，然后室温老化24h ；倾倒掉上清液，剩余悬浊液在70°C下干燥12小时，得干燥粉末；(4)将干燥粉末研磨至细颗粒，过筛(0.15mm 0. 30mm)得到赤泥基催化剂。
7.如权利要求2所使用的硫酸溶液(浓度为0.5mol/L)可替换为硝酸溶液(浓度为 1. Omo 1/L)。
8.如权利要求2所使用的硫酸溶液(浓度为0.5mol/L)可替换为盐酸溶液(浓度为 1. Omo 1/L)。
9.权利要求1所述的赤泥基多相催化臭氧氧化技术除污染水深度处理技术，通过以下几个步骤实现(1)工艺所需臭氧浓度为1.0-3. Omg/L ；(2)工艺所需赤泥基催化剂投量为250-1500mg/L；(3)待处理水体中难降解有机污染物浓度为1.Omg/L水平；(4)待处理水体pH范围为6.0-8. 0。
10.权利要求1所述可用于水深度处理的赤泥基多相催化臭氧氧化除污染技术，其特征在于该技术可用于降解水体中难降解有机污染物。
全文摘要
本发明旨在提供一种新型的多相催化臭氧水深度处理技术及其催化剂制备方法，该催化剂可以显著强化臭氧和有机污染物在催化剂表面的吸附，实现吸附作用和氧化降解的耦合作用，最终实现难降解有机污染物的强化去除。与其它多相臭氧催化水处理技术相比较，本发明可显着提高臭氧多相催化水处理技术的除污染效能，同时大大降低了催化剂的原料成本和制备成本，并且资源化利用了制备氧化铝过程中所产生的废渣——赤泥，提出了一条“以废治废、变废为宝”的水处理新途径。
文档编号C02F1/28GK102502944SQ20111036988
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者康雅凝, 徐冰冰, 赵伦, 齐飞 申请人:北京林业大学