一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液处理领域，具体地说，是涉及一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂可用于处理垃圾渗滤液浓缩液，本发明为一种应用于环保行业垃圾渗滤液浓缩液处理的高级氧化技术。

背景技术

垃圾渗滤液主要来源于垃圾自身产水、覆土层含水及流入填埋区的雨雪水，该水质特征为有机污染物浓度高、悬浮物浓度高、含盐量高、氨氮浓度高。目前，垃圾渗滤液的处理主要采用“预处理+生物系统+膜系统的深度处理”工艺，膜工艺的出水基本能够达到《垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)，但仍有总水量的20％～30％浓缩液需进一步处理。该浓缩液成分复杂、盐分高、浓度高、可生化性差，难以采用常规的生化法处理。如何将浓缩液进行无害化，已成为亟待解决的一大问题。

目前，渗滤液浓缩液的处理工艺大概可分为两类：一类是将污染物从水中分离出来；另一类是将污染物直接分解或降解。因分离出来的污染物仍需做进一步的处理，所以较理想的方案是直接采用高级氧化技术进行分解和降解。但采用芬顿氧化以及臭氧氧化法等需要大量药剂，或处理后产生相当量的副产物。此外，浓缩液中高含量的氯离子，可直接作为电化学氧化技术的电解质，提高效率，而且不添加药剂，不产生二次污染。因此，采用了电催化氧化工艺作为浓缩液的处理同时为了降低电催化氧化技术的能耗，提高降解效率，本发明提供了一种用于处理垃圾渗滤液浓缩液电催化氧化工艺的催化剂。

发明内容

针对垃圾渗滤液产生的浓缩液水量大、成分复杂、盐分高、浓度高、可生化性差的特点，本发明提供了一种用于处理垃圾渗滤液浓缩液的一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂及制备方法。众所周知，传统的高级氧化法需要投加大量药剂，或处理后产生相当量的副产物。然而，浓缩液中含有高浓度的氯离子，可直接作为电化学氧化技术的电解质，而且不添加药剂，不产生二次污染。因此，本发明采用了电催化氧化工艺作为浓缩液的处理技术，同时为了进一步降低能耗，提高降解效率，提供了一种用于处理垃圾渗滤液浓缩液的催化剂。

针对垃圾渗滤液产生的浓缩液水量大、成分复杂、盐分高、浓度高、可生化性差的特点，本发明提供了一种用于处理垃圾渗滤液浓缩液的电催化氧化催化剂及其制备方法和用途。

本发明目的之一为提供一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂，包括载体和金属活性组分，其中，金属活性组分包括铜、以及镧或镍中的一种或者两种；

所述金属活性组分为载体总重的1～11wt％，优选为1.5～6wt％。

其中所述载体优选为氧化铝/活性炭载体，所述载体的粒径优选为1～2mm。

所述氧化铝/活性炭载体优选由包括氧化铝、活性炭和胶凝剂在内的组分制备得到，其中以氧化铝/活性炭载体的总重量计：氧化铝为50～70wt％，活性炭为15～30wt％，胶凝剂为4～15wt％；优选地，氧化铝为55～70wt％，活性炭为20～30wt％，胶凝剂为5～10wt％。

所述胶凝剂优选为石灰或者水泥中的至少一种。

所述载体可采用本领域通常的方法制备得到，所述载体中也可以添加本领域中通常的助剂。优选地，所述载体可采以下步骤制备：将包括氧化铝粉、活性炭和胶凝剂在内的组分混合，造粒得到粒径为1～2mm的球，密封静置12～24h，在100～105℃焙烧3～5小时，冷却至室温得到所述载体。

本发明目的之二为提供一种所述用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

配制金属活性组分盐与硝酸铵的混合溶液，将载体浸渍于混合溶液中，焙烧，氮气处理得到所述催化剂。

其中，所述金属活性组分盐优选金属活性组分的硝酸盐，如硝酸铜、硝酸镧、硝酸镍。

本发明制备方法中，所述金属活性组分盐的用量为载体的5～25wt％，优选为5～12wt％。

载体浸渍时，优选先以60～100转/分的速度搅拌40～80min，接着浸泡3～5h。

焙烧优选包括100～105℃下焙烧3～5h和450～600℃下焙烧1～2h。

450～600℃下焙烧时进行氮气处理，优选通入催化剂2～10倍体积的氮气。

根据本发明的一个优选的技术方案，具体可包括以下步骤：

(1)称取质量百分比50～70％的氧化铝粉末、15～30％的活性炭粉末、4～15％的胶凝剂，总质量为100％。将上述粉末于布袋中混合均匀后投加到造粒机中，滚至成球直至球的粒径1～2mm为止；胶凝剂为石灰粉末或者水泥中的一种；

(2)将步骤(1)中1～2mm成球后的催化剂载体装进密封袋静置12～24h；

(3)将步骤(2)中静置后的催化剂载体于100～105℃炉窑中焙烧3～5小时；

(4)将步骤(3)中焙烧后的载体取出冷却至室温；

(5)将金属活性组分盐配制成质量浓度为5～20％的溶液备用，与硝酸铵混合得到混合溶液；

(6)将步骤(4)中的载体浸泡于步骤(5)中溶液中以60～100转/分的速度搅拌40～80分钟，然后浸泡3～5h；

(7)将步骤(6)中的催化剂取出置于100～105℃炉窑中焙烧3～5h；

(8)将步骤(7)中催化剂于450～600℃炉窑中继续焙烧1～2h，其中通入催化剂2～10体积的氮气，得到所述一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂。

本发明目的之三为提供所述催化剂或者所述制备方法得到的催化剂在处理垃圾渗滤液浓缩液中的用途。

优选地，具体处理过程可包括：调节垃圾渗滤液浓缩液的pH至2～3，加入所述催化剂，接着进行电催化氧化反应，得到的反应上清液进行活性炭吸附，流出的清液调节pH至8～9，完成浓缩液处理，其中催化剂的体积为垃圾渗滤液浓缩液的30～60％体积。

以上电催化氧化反应时，阳极为钛基板材，阳极极板之间的距离为15～20mm；阴极为316L不锈钢板材，阴极极板之间的距离为15～20mm。

电流密度为10～20mA/cm

根据本发明一个优选的实施方式，处理过程可包括：将垃圾渗滤液浓缩液通过进水提升泵进入调节池，投加盐酸使其pH调节至2～3。然后浓缩液经泵提升至电催化氧化反应器底部，同时反应器装填有30％～60％体积的上述催化剂，反应完后，上清液进入活性炭吸附反应柱反应10～30min，出水经2％～5％氢氧化钠溶液调节pH至8～9，上清液进入清液罐，完成浓缩液处理。

所述电催化氧化反应器内阳极为钛基板材，极板之间的距离为15～20mm；阴极为316L不锈钢板材，极板之间的距离为15～20mm；

所述电催化氧化反应器内运行电流密度为10～20mA/cm

本发明采用了以上技术方案，发明了一种用于处理垃圾渗滤液浓缩液一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂及其制备方法和用途，使其同时具有以下有益效果：

(1)针对浓缩液中大分子有机物的特点，研发了强度高、反应速率快的一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂，大大降低了反应中的电耗；

(2)充分利用了浓缩液中氯离子浓度高的特点，采用电催化氧化工艺实现无害化以及资源化，无需额外添加任何药剂；

(3)具有耐负荷冲击性强的特点，能够适应自来水水量及水质的波动；

(4)运行稳定，有机物去除效率高，运行费用低，出水水质好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

本发明具体实施方式中所用原料为市售所得。

实施例1：

所述一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂的制备具体包括以下步骤：

(1)称取质量百分比70％的氧化铝粉末、20％的活性炭粉末、10％的胶凝剂，总质量为100％。将上述粉末于布袋中混合均匀后投加到造粒机中，滚至成球直至球的粒径1mm为止，胶凝剂为石灰粉末；

(2)将步骤(1)中1mm成球后的催化剂载体装进密封袋静置12h；

(3)将步骤(2)中静置后的催化剂载体于100℃炉窑中焙烧3小时；

(4)将步骤(3)中焙烧后的载体取出冷却至室温；

(5)将硝酸铜、硝酸镧分别配制成质量浓度为8％的溶液，与硝酸铵混合得到混合液，其中硝酸铜、硝酸镧的质量分别为载体总量的4.3％、4.3％；

(6)将步骤(4)中的载体浸泡于步骤(5)中溶液中以80转/分的速度搅拌50分钟，浸泡4h；

(7)将步骤(6)中的催化剂取出置于100℃炉窑中焙烧3h；

(8)将步骤(7)中催化剂于450℃炉窑中继续焙烧2h，其中通入催化剂两倍体积的氮气，得到一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂，其中，铜含量为载体总重的1.46wt％，镧含量为载体总重的1.84wt％。

垃圾渗滤液浓缩液通过进水提升泵进入调节池，投加盐酸使其pH调节至3。然后浓缩液经泵提升至电催化氧化反应器底部，同时反应器装填有浓缩液30％体积的催化剂，反应完后，上清液进入活性炭吸附反应柱反应15min，出水经2％～5％氢氧化钠溶液调节pH至8～9，上清液进入清液罐，完成浓缩液处理。

电催化氧化反应器内阳极为钛基板材，极板之间的距离为15mm；阴极为316L不锈钢板材，极板之间的距离为15mm；

电催化氧化反应器内运行电流密度为10mA/cm

实施例2：

一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂的制备具体包括以下步骤：

(1)称取质量百分比60％的氧化铝粉末、30％的活性炭粉末、10％的胶凝剂，总质量为100％。将上述粉末于布袋中混合均匀后投加到造粒机中，滚至成球直至球的粒径2mm为止，胶凝剂为水泥；

(2)将步骤(1)中2mm成球后的催化剂载体装进密封袋静置12h；

(3)将步骤(2)中静置后的催化剂载体于105℃炉窑中焙烧4小时；

(4)将步骤(3)中焙烧后的载体取出冷却至室温；

(5)将硝酸铜、硝酸镧分别配制成质量浓度为5％的溶液，与硝酸铵混合得到混合液，其中硝酸铜、硝酸镧的质量分别为载体总量的2.1％、3.2％；

(6)将步骤(4)中的载体浸泡于步骤(5)中溶液中以100转/分的速度搅拌60分钟，浸泡3h；

(7)将步骤(6)中的催化剂取出置于105℃炉窑中焙烧3h；

(8)将步骤(7)中催化剂于550℃炉窑中继续焙烧1h，其中通入催化剂两倍体积的氮气，得到一种用于垃圾渗滤液的电催化氧化催化剂，其中，铜含量为载体总重的0.71wt％，镧含量为载体总重的1.37wt％。

垃圾渗滤液浓缩液通过进水提升泵进入调节池，投加盐酸使其pH调节至3。然后浓缩液经泵提升至电催化氧化反应器底部，同时反应器装填有浓缩液30％体积的上述催化剂，反应完后，上清液进入活性炭吸附反应柱反应30min，出水经2％～5％氢氧化钠溶液调节pH至8～9，上清液进入清液罐，完成浓缩液处理。

电催化氧化反应器内阳极为钛基板材，极板之间的距离为15mm；阴极为316L不锈钢板材，极板之间的距离为15mm；

电催化氧化反应器内运行电流密度为15mA/cm

浓缩液是在垃圾渗滤液处理过程中，经NF和RO工艺后产生的难以生化降解的高难度有机废水。其中含有大量的有机物，主要成分以苯系物、链状烃类以及酸类和酯类有机物为主，其COD为100～3500mg/L，可生化性差，BOD/COD＜10，氨氮含量为100～150mg/L，色度一般在500～1500倍之间。经本发明电催化氧化工艺处理后，其出水水质可达到如下表1所示指标：