一种用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及适用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法，属于环境化学领域。本发明专利技术提供的催化剂及其制备方法，以Mn、Fe、Cu等过渡金属的乙酸盐或硝酸盐溶液为前驱液，以分子筛、γ‑Al2O3等为载体，采用浸渍法，制备负载型复合催化剂，通过不同组分优化组合，获得高效稳定催化剂。该产品成本低廉、制备方法简单易行，对环境无污染，便于推广，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂及其制备方法，特别涉及适用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法，属于环境化学领域。
技术介绍
臭氧催化氧化技术是一种高效的污水深度处理技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。臭氧催化氧化的主要机理是在催化剂作用下，臭氧分解产生氧化性更强、反应速率更快的羟基自由基，几乎可以氧化所有有机物，没有选择性，正因如此，对于工业污水中难降解的有机污染物，多采用臭氧催化氧化处理。臭氧催化氧化技术按所用催化剂分为均相催化和非均相催化。均相催化矿化率低，催化剂难以回收，金属离子易引入二次污染，同时造成资源的浪费，限制了其实际应用。而非均相催化技术的催化剂活性高，易于回收，且处理水矿化率高，能有效提高有机废水的可生化性，因而越来越受到人们的关注。臭氧催化氧化技术的关键是对催化剂类型的选择。由于催化氧化有机物过程比较复杂，催化剂结构、表面化学性质与有机物降解途径之间没有明确关系，不同的污染体系，所需要的催化剂不同，因此，如何针对目标污染物有目的地选择催化剂的类型是亟待解决的问题。非均相臭氧催化氧化中最广泛使用的催化剂主要有四种类型：(1)金属氧化物型催化剂，如MnO2、TiO2、Al2O3、FeOOH、CeO2；(2)Cu、Ru、Pt、Co负载在TiO2、Al2O3、CeO2和活性炭上；(3)矿物型或改性矿物型催化剂；(4)活性炭型催化剂。其中将金属或其氧化物负载在载体上的催化剂类型备受关注，因为此类催化体系，可以通过载体巨大的比表面积使催化剂充分分散，防止催化剂聚结，可产生更多的催化活性位点，并且载体也具有催化功能，使催化效率大大提高。同时便于催化剂与反应体系的固液分离，有利于催化剂的回收利用。另一方面，多孔的载体，可以富集更高浓度的臭氧，使氧化能力大大提高。负载型催化剂包括对单一组分的负载和对多组分的负载。对于负载单一组分的催化剂，研究比较多的是锰氧化物、氧化铜、铁氧化物等，如Alsheyab等研究发现，在臭氧降解腐殖酸和富里酸的过程中，加入MnO2催化剂，可使COD的去除率高达90％；Zhang等研究发现，使用α-FeOOH催化臭氧氧化硝基苯，可显著提高其降解速率。但对于复杂的目标污染物，单一的催化剂无法有效地完成降解，需要多种催化剂复配以加强降解功能。如Shiraga以Al、Mg、Cu的硝酸盐用共沉淀方法制备催化剂，复配催化剂的催化活性显著高于单一组分催化剂活性，并且不同配比表现出不同的催化活性。因此，针对目标污染物有目的地选择催化剂类型，对催化剂进行适配及优化组合，开发高效、使用寿命长的新型复合催化剂，具有重要实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂，通过催化剂复配，可提高催化剂催化活性，增加催化剂再生次数，延长催化剂使用受命。所述用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂，包含过渡金属和载体，其中过渡金属可以为Mn、Fe、Cu、Zn、Ce、Ni、Co中的一种或几种，载体为γ-Al2O3、SiO2、TiO2、分子筛、活性炭中的一种或几种。所述催化剂中过渡金属来源于其乙酸盐或硝酸盐。所述催化剂过渡金属摩尔数和载体质量之比为0.05mol∶2g。所述催化剂过渡金属优选Mn、Cu、Ni，摩尔比为1～4∶1～4∶1～4。本专利技术的另一目的在于提供一种负载型复合催化剂的制备方法，该方法简便易行，成本低廉，便与推广。具体步骤如下：(1)载体预处理。不同载体采用不同的预处理方法。(2)负载型催化剂的制备。按催化剂的组成配比，将计量的金属乙酸盐或金属硝酸盐溶于去离子水，配制成一定浓度的前驱液。将定量载体加入前驱液内，在30℃条件下于160r/min摇床中振荡浸渍3h，取出静置30min后，加入95.2mL1.5mol/L的NaOH沉淀剂，再用去离子水水反复冲洗至pH为10.5～11.0，过滤后于烘箱中105～110℃下烘干。将干燥好的多相催化剂在马弗炉中300～500℃下焙烧2～6h，最终得到成型的负载型复合催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术所述催化剂采用的载体比表面积大，可防止催化剂聚结，产生更多催化活性位点。(2)本专利技术所述催化剂经过高温煅烧处理，负载材料和载体结合牢固，增强了催化剂的稳定性。(3)本专利技术所述催化剂在使用过程中便于固液分离，可多次重复使用，延长了催化剂使用寿命。(4)本专利技术所述催化剂通过优化组合，在臭氧催化氧化过程中表现出良好的催化活性。(5)本专利技术所述催化剂的制备方法简便易行，无废气废液排放，对环境无污染，且成本低廉，便于推广，易于实现工业化生产。具体实施方案下面结合具体实施例对本专利技术做进一步阐述，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1(1)载体预处理。将400目分子筛用浓氨水处理，浸泡12h，再用去离子水反复冲洗至pH为7.0～8.0，然后置于烘箱中105～110℃下烘干备用。(2)负载型催化剂的制备。称取乙酸锰和乙酸铜，其中金属的摩尔比为1∶4，溶于去离子水，使溶液浓度为0.25mol/L，作为前驱液。将2g预处理过的400目分子筛加入前驱液内，在30℃条件下于160r/min摇床中振荡浸渍3h，取出静置30min后，加入95.2mL1.5mol/L的NaOH沉淀剂，再用去离子水反复冲洗至pH为10.5～11.0，过滤后于烘箱中105～110℃下烘干。将干燥好的多相催化剂在马弗炉中300℃下焙烧4h，最终得到成型的负载型复合催化剂。实施例2(1)载体预处理。将400目分子筛用浓氨水处理，浸泡12h，再用去离子水反复冲洗至pH为7.0～8.0，然后置于烘箱中105～110℃下烘干备用。(2)负载型催化剂的制备。称取乙酸锰和乙酸镍，其中金属的摩尔比为3∶2，溶于去离子水，使溶液浓度为0.25mol/L，作为前驱液。将2g预处理过的400目分子筛加入前驱液内，在30℃条件下于160r/min摇床中振荡浸渍3h，取出静置30min后，加入95.2mL1.5mol/L的NaOH沉淀剂，再用去离子水反复冲洗至pH为10.5～11.0，过滤后于烘箱中105～110℃下烘干。将干燥好的多相催化剂在马弗炉中400℃下焙烧3h，最终得到成型的负载型复合催化剂。实施例3(1)载体预处理。将400目分子筛用浓氨水处理，浸泡12h，再用去离子水反复冲洗至pH为7.0～8.0，然后置于烘箱中105～110℃下烘干备用。(2)负载型催化剂的制备。称取乙酸锰、乙酸铜和乙酸镍，其中金属的摩尔比为3∶1∶1，溶于去离子水，使溶液浓度为0.25mol/L，作为前驱液。将2g预处理过的400目分子筛加入前驱液内，在30℃条件下于160r/min摇床中振荡浸渍3h，取出静置30min后，加入95.2mL1.5mol/L的NaOH沉淀剂，再用去离子水反复冲洗至pH为10.5～11.0，过滤后于烘箱中105～110℃下烘干。将干燥好的多相催化剂在马弗炉中500℃下焙烧6h，最终得到成型的负载型复合催化剂。实施例4(1)载体预处理。将γ-Al2O3研磨筛分，取40-60目，用去离子水反复冲洗，然后置于烘箱中105～110℃下烘干，再在500℃下焙烧，以除去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法，其特征在于催化活性高效稳定，使用寿命长，成本低廉，操作简单。

【技术特征摘要】
1.一种用于臭氧催化氧化处理工业废水的复合催化剂及其制备方法，其特征在于催化活性高效稳定，使用寿命长，成本低廉，操作简单。2.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)载体预处理不同载体采用不同的预处理方法；(2)负载型催化剂的制备按催化剂的组成配比，将计量的过渡金属乙酸盐或过渡金属硝酸盐溶于去离子水，配制成一定浓度的前驱液，将定量载体加入前驱液内，在30℃条件下于160r/min摇床中振荡浸渍3h，取出静置30min后，加入95.2mL1.5mol/L的NaOH沉淀剂，再用去离子水水反复冲洗至pH为10.5～11.0，过滤后于烘箱中105～110℃下烘干，将干燥好的多相催化剂在马弗炉中300～500℃下焙烧2～6h，最终得到成型的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺晓凌，孙琪，李媛媛，邹凯建，段港旭，韩馨，魏东盛，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12