一种促进废水中甲醛氧化的催化剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种促进废水中甲醛氧化的催化剂及其制备方法 (Catalyst for promoting formaldehyde in wastewater to be oxidized and preparation method thereof ) 是由 杨如清 于 2021-03-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种促进废水中甲醛氧化的催化剂及其制备方法,包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉,这些组分的质量比为1：(1.8～2.2)：(2.4～2.8)：(0.8～1.2)：(0.005～0.008)；所述催化剂为固体多孔隙颗粒,粒径5～10mm。本发明的催化剂,在常温常压的条件下,与双氧水反应可以生成超氧自由基,可使废水中甲醛的氧化率可达99.9%以上,但废水中其它有机物的氧化率不到1%,因而有选择性地去除甲醛,不造成药剂浪费,同时不产生固废和废气,没有二次污染；同时,催化剂在催化氧化反应始末不发生化学性质的变化,且性能也不会发生衰减,可以反复长时间使用。(The invention provides a catalyst for promoting formaldehyde in wastewater to be oxidized and a preparation method thereof, wherein the catalyst comprises the following components: the composite material comprises silicon dioxide, manganese dioxide, nano iron, calcium sulfate and silver powder, wherein the mass ratio of the components is 1: (1.8-2.2): (2.4-2.8): (0.8-1.2): (0.005-0.008); the catalyst is solid porous particles with the particle size of 5-10 mm. The catalyst can react with hydrogen peroxide to generate superoxide radical under the conditions of normal temperature and normal pressure, so that the oxidation rate of formaldehyde in the wastewater can reach more than 99.9 percent, but the oxidation rate of other organic matters in the wastewater is less than 1 percent, and therefore, the formaldehyde is selectively removed, the medicament waste is not caused, and simultaneously, solid waste and waste gas are not generated, and no secondary pollution is caused; meanwhile, the catalyst does not change in chemical properties from the beginning to the end of the catalytic oxidation reaction, does not attenuate in performance, and can be repeatedly used for a long time.)
技术领域
本发明属于有机化工废水处理领域，具体涉及一种促进废水中甲醛氧化的催化剂及其制备方法。
背景技术
甲醛具有生物毒害性，废水的甲醛含量高于200mg/L时很难通过生物法处理好，需要先对废水中甲醛进行预处理。目前采用催化氧化技术进行预处理甲醛的方法较多，如：铁碳微电解、芬顿氧化法、臭氧活性炭催化氧化、湿式氧化法、光催化氧化法等。这些方法虽然可以氧化废水中的甲醛，但要对废水中所有有机物同时氧化才能去除甲醛。但是，氧化那些不需要被氧化的有机物，会消耗大部分药剂和能量，造成运行成本过高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，以解决现有催化氧化技术中以下几点问题：（1）无法针对性氧化甲醛，加入的氧化剂把不需要氧化的有机物同时氧化，造成了药剂的浪费；（2）反应条件苛刻，如高温、高压、强紫外照射、强酸等条件，需要消耗较大能量，且增加了事故的风险；（3）反应有危险固废产生或污染性废气产生，造成了二次污染；以上几点都造成了投资和运行成本过高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，其特征在于，包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉，这些组分的质量比为1：（1.8～2.2）：(2.4～2.8)：(0.8～1.2)：（0.005～0.008）。
进一步地，所述催化剂为固体多孔隙颗粒，粒径5～10mm。
本发明的一种促进废水中甲醛氧化的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将所述二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉混合均匀，置于1600～1900℃下熔融；（2）冷却至540～580℃下，注入模具凝聚成核；（3）待其表层温度降至270～330℃时泼洒5～10℃的水，即可得到本发明的催化剂；本方法利用浸透的水瞬间汽化将该催化剂内部击穿成孔，并利用内部各组分热胀冷缩系数不同，在瞬间冷却下会裂化各种细纹，通过这些物理作用来提供催化剂内部的表面积，从而提高催化剂的反应接触面积，进一步推高催化效率。
本发明的一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，与双氧水配合使用，用于催化废水中甲醛的氧化反应；在单位反应时间（例如1小时）内，在废水PH为7.5～9.0的反应条件下，所述催化剂与质量浓度27.5%的双氧水的配比为（1～1.5）：1。
进一步地，本发明的一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，在使用过程中对废水的PH有一定要求，在酸性条件下效果一般，在碱性调节下效果良好，所述废水的PH值优选为7.5～9，更优选为8.5～9。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明的促进废水中甲醛氧化的催化剂，在常温常压的条件下，与双氧水反应可以生成超氧自由基，催化废水中甲醛发生氧化反应转化为甲酸和二氧化碳等无毒害化学物质，可使废水中甲醛的氧化率可达99.9%以上，但废水中其它有机物的氧化率不到1%，因而有选择性地去除甲醛，不造成药剂浪费，同时不产生固废和废气，没有二次污染；同时，催化剂在催化氧化反应始末不发生化学性质的变化，且性能也不会发生衰减，可以反复长时间使用。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式对本发明做进一步的说明，所述实施例仅用于说明本发明而不是对本发明的限制。
实施例1
一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉，这些组分的质量比为1：1.9：2.5：0.9：0.006；
制备过程为：（1）将按比例称取的二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉混合均匀，置于1600℃下熔融；（2）冷却至540℃下，注入模具凝聚成核；（3）待其表层温度降至270℃时泼洒10℃的水，利用浸透的水瞬间汽化将该催化剂内部击穿成孔，并利用内部各组分热胀冷缩系数不同，在瞬间冷却下会裂化各种细纹，通过这些物理作用来提供催化剂内部的表面积，从而提高催化剂的反应接触面积，得到固体多孔隙的催化剂颗粒，平均粒径7.6mm。
将该催化剂用于催化废水中甲醛的氧化反应：取1000mL废水（废水中甲醛含量为1200mg/L、甲醇含量为1800mg/L、葡萄糖含量为2000mg/L、尿素含量为650mg/L、三聚氰氨含量为2400mg/L、苯酚含量为520mg/L、乙酸含量为150mg/L）装入2000ml玻璃烧杯中；放入1.6g实施例1制得的催化剂，再调节废水PH值至7.5，加入浓度为27.5%的双氧水1.6g，在温度5℃，正常大气压下，反应1小时后取烧杯中的废水检测，结果为：甲醛含量为0.5mg/L、甲醇含量为1785mg/L、葡萄糖含量为1996mg/L、尿素含量为645mg/L、三聚氰氨含量为2387mg/L、苯酚含量为520mg/L、乙酸含量为150mg/L。结果显示，本催化剂对甲醛的催化氧化效果最好，去除率达到99.96%，对其他有机物的催化氧化甚微，去除率不到1%。在反应过程中，由于甲醛被分解成二氧化碳，因此没有废气产生，反应后的废水清澈，无固废产生。
实施例2
一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉，这些组分的质量比为：1：1.8：2.4：0.8：0.005；
制备过程为：（1）将按比例称取的二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉混合均匀，置于1700℃下熔融；（2）冷却至570℃下，注入模具凝聚成核；（3）待其表层温度降至290℃时泼洒5℃的水，利用浸透的水瞬间汽化将该催化剂内部击穿成孔，并利用内部各组分热胀冷缩系数不同，在瞬间冷却下会裂化各种细纹，通过这些物理作用来提供催化剂内部的表面积，从而提高催化剂的反应接触面积，得到固体多孔隙的催化剂颗粒，平均粒径7.2mm。
将该催化剂用于催化废水中甲醛的氧化反应：取1000mL废水（废水中甲醛含量为5600mg/L、甲醇含量为11000mg/L、葡萄糖含量为4200mg/L、尿素含量为1250mg/L、三聚氰氨含量为4600mg/L、苯酚含量为1120mg/L、乙酸含量为2050mg/L）装入2000ml玻璃烧杯中，放入9.6g实施例2制得的催化剂，调节废水PH值至8.0，加入浓度为27.5%的双氧水8克，在温度10℃，正常大气压下，反应1小时后取烧杯中的废水检测，结果为：甲醛含量为1.2mg/L、甲醇含量为10914mg/L、葡萄糖含量为4180mg/L、尿素含量为1240mg/L、三聚氰氨含量为4556L、苯酚含量为1120mg/L、乙酸酸含量为2050mg/L，结果显示，本催化剂对甲醛的催化氧化效果最好，去除率达到99.98%，对其他有机物的催化氧化甚微，去除率不到1%。在反应过程中，由于甲醛被分解成二氧化碳，因此没有废气产生，反应后的废水清澈，无固废产生。
实施例3
一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉，这些组分的质量比为1：2：2.6：0.9：0.006；
制备过程为：（1）将按比例称取的二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉混合均匀，置于1800℃下熔融；（2）冷却至580℃下，注入模具凝聚成核；（3）待其表层温度降至300℃时泼洒8℃的水，利用浸透的水瞬间汽化将该催化剂内部击穿成孔，并利用内部各组分热胀冷缩系数不同，在瞬间冷却下会裂化各种细纹，通过这些物理作用来提供催化剂内部的表面积，从而提高催化剂的反应接触面积，得到固体多孔隙的催化剂颗粒，平均粒径6.6mm。
将该催化剂用于催化废水中甲醛的氧化反应：取1000mL废水（废水中甲醛含量为24000mg/L、甲醇含量为21000mg/L、葡萄糖含量为20000mg/L、尿素含量为4500mg/L、三聚氰氨含量为6400mg/L、苯酚含量为5500mg/L、乙酸含量为6500mg/L）装入2000ml玻璃烧杯中，放入45g实施例3制得的催化剂，调节废水PH值至8.5，加入浓度为27.5%的双氧水35g，在温度15℃，正常大气压下，反应1小时后取烧杯中的废水检测，结果为：甲醛含量为2.4 mg/L、甲醇含量为20798mg/L、葡萄糖含量为19960mg/L、尿素含量为4458mg/L、三聚氰氨含量为6342mg/L、苯酚含量为5490mg/L、乙酸含量为6490mg/L，结果显示，本催化剂对甲醛的催化氧化效果最好，去除率达到99.99%，对其他有机物的催化氧化甚微，去除率不到1%。在反应过程中，由于甲醛被分解成二氧化碳，因此没有废气产生，反应后的废水清澈，无固废产生。
实施例4
一种促进废水中甲醛氧化的催化剂，包括：二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉，这些组分的质量比为1：2：2.6：1：0.008；
制备过程为：（1）将按比例称取的二氧化硅、二氧化锰、纳米铁、硫酸钙、银粉混合均匀，置于1750℃下熔融；（2）冷却至550℃下，注入模具凝聚成核；（3）待其表层温度降至320℃时泼洒5℃的水，利用浸透的水瞬间汽化将该催化剂内部击穿成孔，并利用内部各组分热胀冷缩系数不同，在瞬间冷却下会裂化各种细纹，通过这些物理作用来提供催化剂内部的表面积，从而提高催化剂的反应接触面积，得到固体多孔隙的催化剂颗粒，平均粒径5.7mm。
将该催化剂用于催化废水中甲醛的氧化反应：取1000mL废水（废水中甲醛含量为80000mg/L、甲醇含量为25000mg/L、葡萄糖含量为30000mg/L、尿素含量为12000mg/L、三聚氰氨含量为15600mg/L、苯酚含量为9600mg/L、乙酸含量为15440mg/L）装入2000ml玻璃烧杯中，放入170g实施例4制得的催化剂，调节废水PH值至9.0，加入浓度为27.5%的双氧水115g，在温度25℃，正常大气压下，反应1小时后取烧杯中的废水检测，废水中甲醛含量为3.5mg/L、甲醇含量为24756mg/L、葡萄糖含量为29740mg/L、尿素含量为11890mg/L、三聚氰氨含量为15456mg/L、苯酚含量为9580mg/L、乙酸含量为15431mg/L，结果显示，本催化剂对甲醛的催化氧化效果最好，去除率达到99.99%以上，对其他有机物的催化氧化甚微，去除率不到1%。在反应过程中，由于甲醛被分解成二氧化碳，因此没有废气产生，反应后的废水清澈，无固废产生。
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