一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用，所述臭氧催化剂的制备方法如下：S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂。本发明专利技术提供的表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂为空心球颗粒，易于分离，且由于催化剂中空和球壳表面多孔，克服了普通成型颗粒催化剂中传质障碍造成的催化剂利用率不高的问题。

A surface porous Magnesium Oxide ozonation catalyst for carbon hollow spheres and its preparation and Application

The invention relates to a porous Magnesium Oxide sludge carbon hollow ball ozone catalyst and its preparation method and application. The preparation method of the ozone catalyst is as follows: S1: mixing the sludge, pore making agent and magnesium nitrate, mixing the mixture with water, then steaming the mixture to the sticky mud; S2: the sticky mud obtained by S1 The specific diameter of the plastic particles was coated, the specific coating thickness was obtained by controlling the diameter of the pellets after the coating, and then dried to constant weight. S3: the pellets covered by the S2 were placed in the inert atmosphere and heated to the carbonization temperature of the sludge for a period of time, and the surface of the porous Magnesium Oxide sludge was obtained by cooling. Heart ball ozone catalyst. The porous surface of the Magnesium Oxide sludge carbon hollow ball ozone catalyst is hollow ball particles, which is easy to separate, and because of the hollow catalyst and the porous surface of the spherical shell, the problem of low utilization of the catalyst caused by the mass transfer obstacle in the common forming particle catalyst is overcome.

【技术实现步骤摘要】
一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及臭氧催化氧化、环境材料领域，具体地，涉及一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
臭氧催化氧化技术只需在臭氧氧化过程中加入高活性催化剂，就可催化臭氧分解产生极强氧化性的羟基自由基（氧化电位，2.80v），其可将那些难以用臭氧单独氧化的高稳定性、难降解有机污染物有效降解，从而达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。氧化镁是一种无毒、环境友好的廉价材料，其粉体材料表现出优异的臭氧催化氧化活性，但是氧化镁粉体催化剂以粉末形式存在，使用后难以分离，严重地阻碍了其实际推广应用。催化剂成型是指将活性催化组分与某些载体结合在一起，固化后制成体积较大的具有一定几何结构的材料。成型后的催化剂易于分离，但是成型颗粒催化剂中，由于传质障碍导致催化剂的利用率不高，仅与污染物接触的颗粒催化剂表面起到有效催化作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服粉体臭氧催化剂难以分离、而成型颗粒催化剂又存在传质障碍导致催化剂利用率不高的不足，提供一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法。本专利技术提供的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂为空心球颗粒，易于分离，且由于催化剂中空和球壳表面多孔，克服了普通成型颗粒催化剂中传质障碍造成的催化剂利用率不高的问题。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。本专利技术的另一目的在于提供上述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂在催化降解水中污染物的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述臭氧催化剂的制备方法如下：S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。本专利技术采用塑料颗粒为模板、污泥为赋形剂、高活性氧化镁为核心催化剂，并通过添加造孔剂，热解后，塑料颗粒分解为气体而留下中空结构，塑料颗粒分解的气体以及柠檬酸、氯化锌或氢氧化钾起到造孔剂的作用，使污泥碳球壳呈现多孔结构。本专利技术提供的方法通过选择塑料颗粒直径来调控中空大小、选择污泥包覆厚度来调控球壳厚度、选择硝酸镁与污泥的质量比来调控壳层中氧化镁和污泥碳的组成、选择柠檬酸与干污泥的质量比来调控球壳的孔结构，制备了一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。本专利技术提供的方法将催化剂成型解决了催化剂粉体回收困难问题；另外，由于催化剂为中空结构以及表面的多孔结构，使其能够有效促进传质从而提高催化剂使用效率；同时，由于使用了高活性的氧化镁，该催化剂表现出优异的催化臭氧氧化降解污染物的活性。优选地，所述硝酸镁与污泥的干基质量比为1～50：1～50；所述造孔剂与污泥的干基质量比为1～20：1～50。优选地，S1中，所述塑料颗粒的直径为1.0～16.0mm。优选地，S2中，所述包覆厚度为0.5～10mm。优选地，S2中，烘干的温度为20～200℃。优选地，S3中，碳化温度为250～1300℃，碳化时间为0.1～24h。优选地，S1中，所述造孔剂为柠檬酸、氯化锌或氢氧化钾中的一种或几种。优选地，S3中，所述升温的速率为0.1～50℃/min。本专利技术同时保护上述制备方法制备得到的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。上述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂在催化降解水中污染物的应用也在本专利技术的保护范围之内。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的制备方法制备得到的表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂易于分离，且具有较高的利用率，能够有效催化降解水中的污染物，具有较大的推广应用价值。附图说明图1为实施例5中的得到的表面多孔氧化镁-污泥碳空心球的外观形貌以及剖开内部中空结构形貌图；a.塑料颗粒模板，b.塑料颗粒模板外包覆污泥，c.塑料颗粒模板外包覆污泥热解后，形成的氧化镁-污泥碳空心球，d.空心球剖开后内部的空心结构；图2为实施例5制备得到的氧化镁-污泥碳空心球的表面多孔形貌；图3为实施例5和对比例1制备得到的氧化镁-污泥碳臭氧催化剂催化臭氧降解对氯苯酚4-CP的效率对比图；图4为实施例1～5制备得到的表面多孔氧化镁-污泥碳空心球催化剂催化臭氧降解对氯苯酚4-CP的效率对比图。具体实施方式以下结合具体实施例和附图来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市购。实施例1一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述臭氧催化剂的制备方法如下：（1）将25.84g干污泥、14.5g造孔剂柠檬酸和6.45g硝酸镁混合，加入适量水，在70℃恒温磁力搅拌条件下将混合物蒸干至粘稠泥状物。（2）将此粘稠物对直径为1mm的聚苯乙烯泡沫塑料颗粒进行包覆，包覆厚度为10mm，包覆后圆形小球的直径为21mm。将包覆后圆形小球置于20℃烘箱中，在一定的烘干温度下烘至恒重。（3）然后放入氮气气氛炉中，在氮气保护下以5℃/min的升温速率升至250℃碳化温度，并在此温度下保持24h的碳化时间。待管式炉自然冷却后将空心球取出，即得多孔氧化镁-污泥碳空心球，此空心球壳中氧化镁：污泥碳=0.1（质量比）。实施例2一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述臭氧催化剂的制备方法如下：（1）将25.84g干污泥、14.5g造孔剂柠檬酸和12.74g硝酸镁混合，加入适量水，在70℃恒温磁力搅拌条件下将混合物蒸干至粘稠泥状物。（2）将此粘稠物对直径为16mm的聚苯乙烯泡沫塑料颗粒进行包覆，包覆厚度为0.5mm，包覆后圆形小球的直径为17mm。将包覆后圆形小球置于200℃烘箱中，在一定的烘干温度下烘至恒重。（3）然后放入氮气气氛炉中，在氮气保护下以20℃min的升温速率升至1300℃碳化温度，并在此温度下保持0.1h的碳化时间。待管式炉自然冷却后将空心球取出，即得多孔氧化镁-污泥碳空心球，此空心球壳中氧化镁：污泥碳=0.2（质量比）。实施例3一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述臭氧催化剂的制备方法如下：（1）将25.84g干污泥、14.5g造孔剂柠檬酸和19.09g硝酸镁混合，加入适量水，在70℃恒温磁力搅拌条件下将混合物蒸干至粘稠泥状物。（2）将此粘稠物对直径为5mm的聚苯乙烯泡沫塑料颗粒进行包覆，包覆厚度为5mm，包覆后圆形小球的直径为15mm。将包覆后圆形小球置于80℃烘箱中，在一定的烘干温度下烘至恒重。（3）然后放入氮气气氛炉中，在氮气保护下以30℃/min的升温速率升至700℃碳化温度，并在此温度下保持3h的碳化时间。待管式炉自然冷却后将空心球取出，即得多孔氧化镁-污泥碳空心球，此空心球壳中氧化镁：污泥碳=0.3（质量比）。实施例4一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述臭氧催化剂的制备方法如下：S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁‑污泥碳空心球臭氧催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述臭氧催化剂的制备方法如下：S1：将污泥、造孔剂和硝酸镁混合，加水搅拌，然后将混合物蒸干至粘稠泥状物；S2：使用S1所得粘稠泥状物对特定直径的塑料颗粒进行包覆，通过控制包覆后小球的直径获得特定的包覆厚度，然后烘干至恒重；S3：将S2包覆后的小球置于惰性气氛中，升温至污泥的碳化温度并保持一段时间，冷却即得所述表面多孔的氧化镁-污泥碳空心球臭氧催化剂。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述硝酸镁与污泥的干基质量比为1～100：1～100；所述造孔剂与污泥的干基质量比为1～50：1～100。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述硝酸镁与污泥的干基质量比为1～50：1～50；所述造孔剂与...

【专利技术属性】
技术研发人员：田双红，陆江，熊亚，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44