一种三元催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种三元催化剂及其制备方法与应用。本发明专利技术公开了一种三元催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将含锰化合物的水溶液、含铁化合物的水溶液和含铈化合物的水溶液进行混合，得到前驱体溶液；步骤2：将改性的γ‑Al2O3小球浸渍在前驱体溶液中，然后分别进行干燥和焙烧，得到三元催化剂。该制备方法采用浸渍焙烧法，操作简单，并能够使锰、铁和铈三种金属氧化物稳定地附着在γ‑Al2O3小球表面，且制备得到的三元催化剂催化活性高，解决了现有的三元催化剂制备方法复杂，且制备得到的三元催化剂催化效果较低的问题。

A ternary catalyst and its preparation method and Application

The invention relates to the technical field of catalysts, in particular to a ternary catalyst and its preparation method and application. The invention discloses a preparation method of ternary catalyst, which comprises the following steps: step 1: mixing the aqueous solution of manganese compounds, iron compounds and cerium compounds to obtain precursor solution; step 2: immersing the modified gamma-Al2O3 pellets in the precursor solution, then drying and roasting respectively, to obtain ternary catalyst. The preparation method adopts impregnation roasting method, which is simple to operate and can make three metal oxides of manganese, iron and cerium adhere stably to the surface of gamma-Al2O3 spheres. The prepared ternary catalyst has high catalytic activity, which solves the problem of complex preparation method of existing ternary catalyst and low catalytic effect of the prepared ternary catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种三元催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种三元催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
三元催化剂一般由催化剂载体和活性成分组成，目前三元催化剂广泛应用于汽车尾气及排气系统的处理，但其制备方法复杂，且制备得到的三元催化剂的催化效率较低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种三元催化剂的制备方法，解决了现有的三元催化剂制备方法复杂，且制备得到的三元催化剂催化效果较低的问题。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种三元催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将含锰化合物的水溶液、含铁化合物的水溶液和含铈化合物的水溶液进行混合，得到前驱体溶液；步骤2：将活化的γ-Al2O3小球浸渍在所述前驱体溶液中，然后分别进行干燥和焙烧，得到三元催化剂。本专利技术中，活化的γ-Al2O3小球的制备方法为：将γ-Al2O3小球用去离子水清洗后进行干燥；其中，γ-Al2O3小球的粒径为2-3mm，干燥的温度为65℃。本专利技术中，前驱体溶液的配置方法为：按重量百分比分别称取含锰化合物、含铁化合物和含铈化合物后溶于水，搅拌后定容至100mL。优选地，所述含锰化合物为硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或多种，更优选为硝酸锰；所述含铁化合物为硝酸铁、硫酸亚铁和氯化铁中的一种或多种，更优选为硝酸铁；所述含铈化合物为硝酸铈和/或氯化铈，更优选为硝酸铈。优选地，所述含锰化合物的水溶液中的含锰化合物、所述含铁化合物的水溶液中的含铁化合物和所述含铈化合物的水溶液的含铈化合物的质量比为0.4～1.6：0.3～1.3：0.8～2.5，更优选为1：1：1.5。本专利技术中，含锰化合物的水溶液、所述含铁化合物的水溶液和所述含铈化合物的水溶液中溶质的质量浓度分别为0.4～1.6％、0.3～1.3％、0.8～2.5％，优选为1％、1％、1.5％。优选地，所述浸渍依次包括：振荡浸渍和静态浸渍。所述振荡浸渍的时间为12～24h，更优选为12h，所述振荡浸渍的振荡温度为25℃～30℃，更优选为30℃，振荡速度为180rpm～200rpm，更优选为180rpm；所述静态浸渍的时间为12～24h，更优选为12h，所述振荡浸渍的振荡温度为25℃～30℃，更优选为30℃。优选地，所述干燥的温度为65℃～70℃，更优选为65℃，所述干燥的时间为12～24h，更优选为12h。优选地，所述焙烧的温度为400～700℃，更优选为400℃，所述焙烧的时间为3～6h，更优选为4h。本专利技术还提供了上述制备方法制得的三元催化剂。该三元催化剂以γ-Al2O3小球作为载体，锰、铁和铈均以氧化物的形态负载在γ-Al2O3小球表面。稀土元素由于含有特殊的4f轨道使得其对臭氧具有良好的催化性质，而二氧化铈是一种具有立方萤石型氧化物，其孔隙较多，具有较高的储氧和释氧的能力，除此之外，由于铈有三价和四价两种价态，在反应中容易发生氧化还原反应，在转换过程使晶格中的氧脱离而形成氧空穴，促进HO·的生成。锰和铁为过渡金属，较贵金属价格低廉，因此，该三元催化剂催化效率高的同时其制备成本较低。γ-Al2O3小球是一种多孔性物质，其优点有比表面积大、活性高、吸附能力强、耐压性好。与均相催化臭氧化相比，非均相催化臭氧化技术除了能更加高效地分解O3产生HO·外，金属氧化物催化剂以固态形式存在，性质稳定，金属离子几乎不溶出，具有催化效率高、易分离、重复利用率高。本专利技术将三种金属氧化物负载于γ-Al2O3小球载体表面，增加了载体表面的活性位点，金属氧化物与γ-Al2O3小球协同作用，增加了催化剂的催化臭氧能力。本专利技术还提供了一种处理奶牛养殖废水的方法，包括以下步骤：调节所述奶牛养殖废水pH至碱性，然后依次加入上述三元催化剂和臭氧进行反应。奶牛养殖废水中的污染物主要是有机物、悬浮物、氮、磷、沉积物和致病菌等，并伴有恶臭，其污染物浓度高达普通生活污水的数十倍。在粪污收集、贮存、运输和土地利用期间都可能产生污染，若处理处置不当将会对水体、大气、土壤及人体健康造成极大的威胁与危害，对养殖业自身的可持续发展带来巨大的负面影响。目前，处理奶牛养殖废水的技术主要有还田技术、生态修复技术和生化处理技术。由于奶牛养殖废水是高浓度有机废水，因此对其处理应结合国内外先进经验和最新理念，因地制宜，因水制宜。虽然生物处理法成本低廉，能满足大部分养殖场废水的处理，但对于不同地区的实际奶牛养殖废水，其中含有的有机物具有多个苯环，性质稳定，传统的处理工艺效果较差，好氧池出水COD和色度仍然偏高，不能达标排放。本专利技术中，pH值为9～10；奶牛养殖废水为某奶牛养殖废水好氧池出水，为实际废水的混合体系，外观呈棕红色，COD为400～500mg/L，包含苯环、多元酚类等多种难生化降解物质。本专利技术首次将三元催化剂应用在处理奶牛养殖废水中，本专利技术中，三元催化剂通过锰、铁、铈的氧化物的负载，发挥协同催化作用，其中二氧化铈是一种具有立方萤石型氧化物，其孔隙较多，具有较高的储氧和释氧的能力，除此之外，由于Ce有三价和四价两种价态，在反应中容易发生氧化还原反应，在转换过程使晶格中的氧脱离而形成氧空穴，促进HO·的生成，三种氧化物均可在水中生成表面羟基，从而与臭氧反应生成羟基自由基，引发自由基链式反应，从而提高对难生化降解的有机物的降解能力，体系中羟基自由基的增加使对降解奶牛养殖废水的好氧出水效果具有明显提高。优选地，所述奶牛养殖废水的体积与所述三元催化剂的质量比为4L/20g～4L/80g，更优选为4L/20g。优选地，所述臭氧的投加量为11.25mg·L-1·min-1～18.75mg·L-1·min-1，更优选为11.25mg·L-1·min-1。优选地，所述反应的时间为20min～60min，更优选为20min。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种三元催化剂的制备方法，该制备方法采用浸渍焙烧法，操作简单，并能够使锰、铁和铈三种金属氧化物稳定地附着在γ-Al2O3小球表面，且制备得到的三元催化剂催化活性高，与单元和二元催化剂相比，负载效果得到强化，主要表现在丰富和增加了原有载体表面的活性点位，通过锰、铁和铈的氧化物的负载，发挥协同催化作用，该三元催化剂为非均相催化剂，易与反应溶液分离，可重复利用，且该催化剂不含贵金属，成本较低，长期稳定，从而损耗率低、能够避免对环境造成二次污染。将该三元催化剂应用在处理奶牛废水的中，可以明显降低奶牛养殖废水的色度和化学需氧量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例2提供的不同催化剂对废水COD去除率的效果图；图2为本专利技术实施例2提供的不同催化剂对废水色度去除率的效果图；图3为本专利技术实施例1提供的三元催化剂重复使用10次后对废水COD去除率的效果图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将含锰化合物的水溶液、含铁化合物的水溶液和含铈化合物的水溶液进行混合，得到前驱体溶液；步骤2：将改性的γ‑Al2O3小球浸渍在所述前驱体溶液中，然后分别进行干燥和焙烧，得到三元催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种三元催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将含锰化合物的水溶液、含铁化合物的水溶液和含铈化合物的水溶液进行混合，得到前驱体溶液；步骤2：将改性的γ-Al2O3小球浸渍在所述前驱体溶液中，然后分别进行干燥和焙烧，得到三元催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含锰化合物为硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种或多种；所述含铁化合物为硝酸铁、硫酸亚铁和氯化铁中的一种或多种；所述含铈化合物为硝酸铈和/或氯化铈。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含锰化合物的水溶液中的含锰化合物、所述含铁化合物的水溶液中的含铁化合物和所述含铈化合物的水溶液的含铈化合物的质量比为0.4～1.6：0.3～1.3：0.8～2.5。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍依次包括：振荡浸渍和静态浸渍；所述振荡浸渍的时间为12h～24h，所述振荡浸渍...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫锋，李家耀，李秋华，余泽峰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44