一种用于难降解垃圾渗滤液非均相催化处理的电催化剂及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种用于难降解垃圾渗滤液非均相催化处理的电催化剂及其制备方法与应用，该电催化剂中组分包括：按质量份计，钢渣50～70份，蒙脱石25～35份，污泥20～30份，电气石10～15份，作物秸秆8～12份。其制备方法为：混合上述电催化剂的组分，粉碎，造粒，干燥，煅烧得到基底粒子，加入活化剂，超声处理，干燥，煅烧，即得。该电催化剂可以负载锰，能有效促进电催化氧化去除垃圾渗滤液中的难降解有机污染物，催化活性好，降解速率快，反应时间短，制备成本极低，制备方法简便易行。

说明书

技术领域

本发明属于化学催化剂的制备方法领域，具体涉及一种用于难降解垃圾渗滤液非均相催化处理的电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

目前，常规的垃圾处理方式仍主要为垃圾填埋，但垃圾经填埋会产生渗滤液，而一般的渗滤液生化工艺实际上难以保证出水时可以达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889—2008)的要求，因此，需要进行深度催化处理。

电催化氧化技术是一种操作简单，无需外加药剂的环保废水处理技术。该技术的诞生一定程度上的满足了垃圾渗滤液深度催化处理的需求，但该技术需要高效且稳定的催化剂来推动催化进程，以达到实际所需的效果。但现有的催化剂往往存在着诸多问题，如对难降解有机物处理能力低、成本高昂等问题，使垃圾渗滤液催化剂的使用受到了限制。

因此，亟待开发出一种用于难降解垃圾渗滤液非均相催化处理的催化剂，以在满足实际使用需求的同时，为垃圾渗滤液中的难降解有机物提供全新的解决方案，最大程度上的推动垃圾渗滤液催化剂的有效使用和推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电催化剂；

本发明的另一目的在于提供上述电催化剂的制备方法；

本发明的另一目的在于提供一种非均相催化处理难降解垃圾渗滤液的方法；

本发明的另一目的在于提供上述电催化剂在污水处理中的应用；

本发明的另一目的在于提供一套污水处理系统，该系统使用上述的电催化剂。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供：

一种电催化剂，该电催化剂的组分包括钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆、金属盐溶液；

其中，上述污泥取自生活污水厂干化处理后得到的污泥，上述污泥中至少含有锰、锌、铜、铬、镍、铅中的一种或多种。上述污泥pH为6～8，含水率为9.02～11.02％，灰分含量为50.18～70.18％，挥发分含量为29.82～49.82％。

进一步地，上述污泥优选为pH为7，含水率为10.02％，灰分含量为60.18％，挥发分含量为39.82％的生活污水厂干化处理后的污泥，上述污泥中至少含有锰。

钢渣是典型地工业废渣之一。钢渣中含有大量的金属元素，如铁、铝、镁、钙等，也含有硅、稀土等非金属元素。钢渣极易污染环境，危害人体健康，本发明利用钢渣中大量的金属元素，将其资源化，变废为宝。

电气石具有压电性、热释电性、导电性等独特的性能，可作为永久的自发性电极，产生的静电场对废水中的重金属离子和其它杂质具有吸附作用。

本发明以废弃的作物秸秆作为造孔剂，不但可以避免直接焚烧带来的大气污染，还增加了催化剂的成孔率，加大了粒子的比表面积，提供了活性位点。

生活污水厂排放的污泥，在没有妥善处理的情况下容易对生态系统造成污染，本发明利用污泥中含有的大量矿物质，用蒙脱土作为粘结剂，粘合钢渣、电气石、污泥、作物秸秆作为电催化剂粒子，使其资源化，变废为宝。

本发明中的催化剂通过利用钢渣等废物资源制备粒子电极，比表面积大，吸附与电吸附协同，将污染物吸附到催化剂的表面，进一步在多种金属元素的催化作用下，电催化氧化有机污染物，达到去除污染物的目的。

进一步地，上述电催化剂的组分按质量份计为：钢渣30～90份，蒙脱石5～40份，污泥5～40份，电气石1～20份，作物秸秆2～18份，金属盐溶液344～3328份。

其中，金属盐溶液与基底粒子(钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆混合物)的质量比为(8～16)：1。

进一步地，上述电催化剂的组分按质量份计为：钢渣50～70份，蒙脱石25～35份，污泥20～30份，电气石10～15份，作物秸秆8～12份，金属盐溶液1130～2268份。

其中，金属盐溶液与基底粒子(钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆混合物)的质量比为(10～14)：1。

更进一步地，上述钢渣为电炉钢渣，上述电气石为镁铁锂电气石，上述作物秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、甘蔗秸秆，所述金属盐溶液包括硝酸锰。

更进一步地，上述钢渣的粒径小于20mm；上述蒙脱石的粒径小于10mm；上述污泥的粒径小于10mm；上述电气石的粒径小于5mm；上述作物秸秆的粒径小于5mm。

本发明的第二个方面，提供：

上述电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照上述电催化剂的组分混合钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆，粉碎，造粒制得粒径为4～6mm的混合粒子，干燥，煅烧得到基底粒子；

(2)取上述基底粒子，加入金属盐溶液，超声处理，干燥，煅烧，即得上述电催化剂(钢渣粒子)。

其中，可以重复上述步骤(2)2～3次，以确保上述电催化剂负载有金属离子。

超声处理条件为：常温，1-2h。

该制备方法制备得到的电催化剂通过利用钢渣等废物资源制备粒子电极，在三维电催化反应中，催化活性好，可以去除难降解有机物，在进一步负载金属元素后，催化活性更好，更快地去除难降解有机物。

进一步地，上述金属盐溶液包括硝酸盐溶液。

更进一步地，上述硝酸盐溶液为硝酸锰(Mn(NO

硝酸锰的加入使电催化剂负载了锰离子，使其获得更高的催化活性，能更快地去除难降解有机物。

本发明的第三个方面，提供：

一种非均相催化处理难降解垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

(1)混合难降解垃圾渗滤液、权利要求1至5任一项所述的电催化剂和电解液，调节pH至3～12；

(2)接入阴极和阳极，进行电催化处理；

其中，上述电极的阴极与阳极间距为3～8cm；上述电催化处理的电压为5～25V；上述电催化剂与难降解垃圾渗滤液的质量比为1：(500～2500):；上述电解液包括Na

更进一步地，上述pH为6～8；上述电极的阴极与阳极间距优选为4～6cm；上述电催化处理的电压优选为10～20V，更优选为15V；上述Na

在本发明实施例中，上述电极的阴极为Ti，阳极为RuO

本发明的第四个方面，提供：

上述电催化剂在污水处理中的应用。

本发明的第五个方面，提供：

一套污水处理系统，该系统使用上述的电催化剂。

本发明的有益效果是：

1.本发明的电催化剂可以有效促进电催化氧化去除垃圾渗滤液中的难降解有机污染物，在负载了锰的催化剂的电极催化活性好，降解速率快，反应时间短，提高了垃圾渗滤液处理能力；

2.本发明的催化剂原料来源广泛易得，成本极低，制备方法简便易行，稳定性好。

附图说明

图1为含有本发明催化剂的电催化污水处理流程图；

图2为二维电极(对照组)、催化剂组(钢渣粒子)以及负载金属离子的催化剂组(载锰钢渣粒子)的有机碳比值(C/C

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

所使用的实验材料和试剂，若无特别说明，均为常规可从商业途径所获得的耗材和试剂。

本发明实施例中的污泥取自生活污水厂干化处理后得到的污泥，所述污泥pH为6～8，含水率为9.02～11.02％，灰分含量为50.18～70.18％，挥发分含量为29.82～49.82％，所述污泥中含有锰、锌、铜、铬、镍、铅等金属。

材料前处理

分别将钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆在常温下进行自然干化，将干化后的钢渣、蒙脱石、污泥、电气石、作物秸秆分别碾碎成粉，再进行筛分，确保钢渣的粒径小于20mm，蒙脱石的粒径小于10mm，污泥的粒径小于10mm，电气石的粒径小于5mm，作物秸秆(水稻秸秆)的粒径小于5mm。

实施例1

电催化剂的制备，具体包括以下步骤：

(1)将前处理处理好的钢渣、蒙脱石、污泥、电气石和作物秸秆按钢渣50份，蒙脱石25份，污泥20份，电气石10份，作物秸秆8份的质量比混合均匀，加蒸馏水浸湿，然后用圆盘造粒机造粒，得到4-6mm的混合粒子，将粒子置于鼓风干燥箱中干燥，然后置于马弗炉中950℃煅烧35min，得到基底粒子。

(2)配制浓度为20％的Mn(NO

重复步骤(2)2～3次，以确保电催化剂负载有锰离子。

实施例2

电催化剂的制备，具体包括以下步骤：

(1)将前处理处理好的钢渣、蒙脱石、污泥、电气石和作物秸秆按钢渣70份，蒙脱石35份，污泥30份，电气石15份，作物秸秆12份的质量比混合均匀，加蒸馏水浸湿，然后用圆盘造粒机造粒，得到4-6mm的混合粒子，将粒子置于鼓风干燥箱中干燥，然后置于马弗炉中950℃煅烧35min，得到基底粒子。

(2)配制浓度为20％的Mn(NO

重复步骤(2)2～3次，以确保电催化剂负载有锰离子。

难降解垃圾渗滤液非均相催化处理测试

取上述实施例1中的电催化剂进行难降解垃圾渗滤液非均相催化处理测试，以100mL的浓度为100mg/L腐殖酸溶液模拟废水作为处理对象，以Ti为阴极，RuO

如图2所示，在不加电催化剂的条件下，经60min电解后，二维电极对腐殖酸和总有机碳(TOC)的去除都非常有限，C/C

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。