本發(fā)明涉及催化劑制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種催化降解余氯的催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
：氯消毒是水污染防治和自來水處理中應(yīng)用時間最早、使用范圍最廣的消毒劑。氯消毒劑中，余氯(次氯酸，HOCl)是其中最重要的成分。氯消毒劑的使用對減少水媒傳染病的發(fā)生和延長人類平均壽命發(fā)揮了巨大作用，但氯消毒劑殘余及其與水中有機物、無機物形成的消毒副產(chǎn)物可能對人體健康產(chǎn)生嚴重危害。消毒副產(chǎn)物被認為是飲用水中普遍存在的致癌物質(zhì)，現(xiàn)今認識到的已經(jīng)有幾百種。余氯及其反應(yīng)產(chǎn)物本身又是飲用水中嗅味物質(zhì)的主要物種。因而在完成消毒之后，自來水使用前，降低或消除余氯，以降低其危害就非常必要。余氯去除的常規(guī)方法主要有吸附降解法、加熱法和晾曬法等。晾曬法一方面通過太陽光照降解余氯，另一方面還靠氯的揮發(fā)，其雖然成本低、操作簡單，但存在處理時間長、占地面積大等諸多不便。加熱法主要是利用余氯類物質(zhì)的熱分解，這種方法能源消耗大，且期間消毒劑和消毒副產(chǎn)物之間存在復(fù)雜的變化，通常只能在小范圍使用。吸附降解法是以活性炭為主要吸附劑或?qū)⑵涓男蕴岣咂湮叫阅?，或以此進行催化降解，這種方式成本低而且處理量大，但是普通活性炭存在吸附降解速度慢，所吸附污染物可能隨溫度升高重新游離出來，大量的廢棄活性炭難處理等問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中去除余氯的方式處理時間長、占地面積大、能源消耗大、應(yīng)用范圍小、降解速度慢、廢棄物難以處理等技術(shù)問題，提供一種催化降解余氯的催化劑的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種催化降解余氯的催化劑的制備方法，包括以下步驟：1)向反應(yīng)器中加入適量的質(zhì)量百分比為10～35％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將鋁鹽和錳鹽按摩爾濃度比為2～5:1，配制成總濃度為0.5～1.0mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至40～80℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:20～30，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為3.5～8.5mol/L的硫酸或摩爾濃度為4～9mol/L的鹽酸調(diào)整pH到12.5～13.5，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量0.5～3％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為10～20目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的2～5倍、摩爾濃度為0.05～0.1mol/L的稀硫酸或0.1～0.2mol/L的稀鹽酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為3.5～8.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH6.5～7.5，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.1～0.5mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9～10，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述鋁錳溶液中鋁鹽和錳鹽的摩爾濃度比為3:1。可選地，所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為10～20目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的2倍、摩爾濃度為0.05～0.1mol/L的稀硫酸浸漬制得。可選地，所述氫氧化鈣溶液的摩爾濃度為0.2mol/L。可選地，所述鋁鹽為硫酸鋁或氯化鋁，所述錳鹽為硫酸錳或氯化錳。可選地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子?？蛇x地，制得的催化劑用于水中除氯。本發(fā)明中，鋁離子的加入是增加催化劑的骨架強度，降低吸附脫水時表面張力的影響，增強顆粒強度，防止催化劑遇水崩裂。同時，使用氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9～10進行擴孔時，部分表面結(jié)構(gòu)中的鋁溶出，有利于形成更有效率的催化界面。錳離子用于強化催化效果。加入活性炭的目的是作為進一步凝膠的核心，同時起到輔助吸附、降解余氯的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種制備工藝簡潔、成本低廉、易于工業(yè)化實施的催化降解余氯的催化劑的制備方法。另外，通過該方法制備的催化劑對游離余氯、氯代有機物等物質(zhì)去除能力良好、性能穩(wěn)定、機械強度高、不易崩裂，有效使用時間長。本發(fā)明相對于
背景技術(shù)：
具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明所合成的催化劑催化降解余氯性能突出，對游離余氯、氯代有機物等物質(zhì)去除能力強，較現(xiàn)有常用除氯產(chǎn)品(活性炭)去除余氯效率提高10～20倍。經(jīng)此催化劑處理可提升自來水口感并降低潛在風險，可在自來水水質(zhì)改善中使用，也可以在水族裝備中使用。催化劑正常使用條件下，沒有有害物質(zhì)溶出，性能穩(wěn)定，安全長效。2、本發(fā)明制備工藝簡捷，投資少，原料成本低、能耗低、可大范圍應(yīng)用，且可以回收循環(huán)利用，屬于低碳技術(shù)發(fā)展方向，符合國家社會節(jié)能減排發(fā)展方向。為驗證通過本發(fā)明制備得到的催化劑對余氯的催化降解效果，進行下述實驗：以純水配置NaClO原水作為余氯溶液，采用本發(fā)明制備得到的催化劑降解，檢測原水、出水中NaClO的濃度。其中，原水中NaClO的含量分別為1.5、1.0、0.5mg/L，反應(yīng)柱中有效停留時間為3min。反應(yīng)結(jié)束后，測得NaClO降解率達95.6％～98.9％，而同樣條件下采用活性炭降解余氯的對照組，對NaClO的降解率分別為6.7～9.2％。且水中氯離子濃度相應(yīng)上升。如表一所示，其為通過本發(fā)明制備的催化劑和通過活性炭去除余氯的效果表。表一催化劑氫氧化鈣改性去除余氯效果活性炭未改性對照6.7～9.2％本實施例制備得到的催化劑氫氧化鈣調(diào)pH至9.095.6％本實施例制備得到的催化劑氫氧化鈣調(diào)pH至10.098.9％實驗過程證明，通過本發(fā)明制備得到的催化劑，不僅除余氯效果極佳，而且反應(yīng)迅速。當反應(yīng)時間為1min時，本發(fā)明制備得到的催化劑催化降解效果明顯高于對照組，降解速率是活性炭的接近20倍；且尤以氫氧化鈣調(diào)pH至10.0制備得到的催化劑降解速率最快，在3min時就能降解掉98％以上的余氯。為檢驗上述催化劑的持久性，利用本發(fā)明制備得到的催化劑進行了多次脫除余氯的實驗。結(jié)果表明，多次反應(yīng)后的催化劑仍保留強的除余氯能力，說明本發(fā)明制備得到的催化劑具有持續(xù)去除余氯的能力，且可長時間使用，去除效果不受明顯影響、反應(yīng)速率長期保持。經(jīng)本發(fā)明制備得到的催化劑處理自來水后，可提升自來水口感，并降低其潛在風險，其可在自來水水質(zhì)改善中使用，也可以在水族裝備中使用。上述催化劑正常使用條件下，沒有有害物質(zhì)溶出，性能穩(wěn)定，安全長效。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。實施例1本實施例中的催化降解余氯的催化劑的制備方法，其包括以下步驟：1)向反應(yīng)器中加入適量的質(zhì)量百分比為10～35％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將鋁鹽和錳鹽按摩爾濃度比為2～5:1，配制成總濃度為0.5～1.0mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至40～80℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:20～30，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為3.5～8.5mol/L的硫酸或摩爾濃度為4～9mol/L的鹽酸調(diào)整pH到12.5～13.5，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量0.5～3％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為10～20目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的2～5倍、摩爾濃度為0.05～0.1mol/L的稀硫酸或0.1～0.2mol/L的稀鹽酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為3.5～8.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH6.5～7.5，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.1～0.5mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9～10，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述鋁錳溶液中鋁鹽和錳鹽的摩爾濃度比為3:1。可選地，所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為10～20目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的2倍、摩爾濃度為0.05～0.1mol/L的稀硫酸浸漬制得?？蛇x地，所述氫氧化鈣溶液的摩爾濃度為0.2mol/L?？蛇x地，所述鋁鹽為硫酸鋁或氯化鋁，所述錳鹽為硫酸錳或氯化錳?？蛇x地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子?？蛇x地，制得的催化劑用于水中除氯。實施例2本實施例中的催化降解余氯的催化劑的制備方法，其包括以下步驟：1)向反應(yīng)器中加入500ml質(zhì)量百分比為30％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將硫酸鋁和硫酸錳按摩爾濃度比為3:1，配制成總濃度為1.0mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至80℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:20，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為6.5mol/L的硫酸調(diào)整pH到12.5，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量3％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為15目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的2倍、摩爾濃度為0.1mol/L的稀硫酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為6.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH6.5，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.2mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子。實施例3本實施例中的催化降解余氯的催化劑的制備方法，其包括以下步驟：1)向反應(yīng)器中加入300ml質(zhì)量百分比為10％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將硫酸鋁和氯化錳按摩爾濃度比為2:1，配制成總濃度為0.7mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至60℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:25，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為8.0mol/L的鹽酸調(diào)整pH到13，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量2％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為10目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的3倍、摩爾濃度為0.08mol/L的稀硫酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為3.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH6.8，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.4mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至10，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子。實施例4本實施例中的催化降解余氯的催化劑的制備方法，其包括以下步驟：1)向反應(yīng)器中加入200ml質(zhì)量百分比為35％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將氯化鋁和氯化錳按摩爾濃度比為5:1，配制成總濃度為0.5mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至40℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:30，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為3.5mol/L的硫酸調(diào)整pH到12.8，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量2.5％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為20目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的4倍、摩爾濃度為0.2mol/L的稀鹽酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為4.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH7.5，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.5mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9.5，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子。實施例51)向反應(yīng)器中加入400ml質(zhì)量百分比為20％的硅酸鈉溶液；2)配制鋁錳溶液：將氯化鋁和硫酸錳按摩爾濃度比為4:1，配制成總濃度為0.9mol/L的鋁錳溶液；3)將反應(yīng)器中的硅酸鈉溶液在充分振蕩的條件下加熱至50℃，接著向反應(yīng)器中加入鋁錳溶液，硅酸鈉溶液與鋁錳溶液的摩爾濃度比為1:28，進行反應(yīng)，然后用摩爾濃度為8.5mol/L的硫酸調(diào)整pH到13.5，得到硅酸膠體液；4)向硅酸膠體液中加入質(zhì)量為硅酸質(zhì)量0.5％的經(jīng)酸浸處理過的活性炭粒子充分攪拌，得到凝膠；所述酸浸處理過的活性炭粒子為將粒徑為18目的活性炭用純水洗凈表面粉粒及雜質(zhì)后，用體積為活性炭體積的5倍、摩爾濃度為01mol/L的稀鹽酸浸漬制得；5)在充分振蕩條件下，用摩爾濃度為8.5mol/L的硫酸酸化凝膠至pH7.2，并經(jīng)造粒盤進入成型油浴反應(yīng)柱造粒成型，老化和清洗，得到硅膠粒；6)將硅膠粒浸于水中，并用濃度為0.1mol/L的氫氧化鈣溶液調(diào)pH至9.2，擴孔、修飾、洗凈、干燥，得到催化劑?？蛇x地，所述活性炭粒子為煤質(zhì)活性炭粒子或木質(zhì)活性炭粒子。當前第1頁1 2 3